A aproximadamente 13 mil anos-luz da Terra, na direção da constelação do Cruzeiro do Sul, duas estrelas extremamente diferentes estão envolvidas em uma interação violenta. De um lado está Wray 977, uma hipergigante azul com aproximadamente 40 vezes a massa e 60 vezes o tamanho do Sol. Do outro está GX 301-2, uma estrela de nêutrons com apenas cerca de 20 quilômetros de diâmetro.
Wray 977 é tão quente e luminosa que perde continuamente suas camadas externas na forma de um poderoso vento estelar. Parte desse gás ionizado acaba sob a influência gravitacional da estrela de nêutrons e cai em sua direção.
Astrônomos sabem há décadas que esse processo ocorre em sistemas binários de raios X. O que faltava era observar com grande precisão como esse gás se comporta nas proximidades do objeto compacto.
Foi isso que o observatório espacial XRISM conseguiu fazer.
Utilizando o espectrômetro Resolve, pesquisadores detectaram linhas de absorção produzidas por ferro altamente ionizado e acompanharam suas mudanças durante aproximadamente 16 horas. Essas assinaturas permitiram medir tanto o movimento quanto a velocidade do plasma nas proximidades da estrela de nêutrons.
Os dados indicam gás movendo-se em direção ao pulsar a aproximadamente 540 mil quilômetros por hora.
Segundo a NASA, sinais tão claros do plasma de um vento estelar caindo sobre um objeto compacto nunca haviam sido observados anteriormente dessa maneira.
O resultado foi publicado na revista Science Advances.
O sistema é conhecido como BP Crucis.
Sua estrela dominante em tamanho é Wray 977, uma hipergigante azul extremamente massiva. Estrelas desse tipo possuem ventos estelares muito mais intensos do que o vento produzido pelo Sol.
Esses ventos são formados por matéria ionizada expelida pelas camadas externas da estrela.
Orbitando Wray 977 está GX 301-2, o núcleo ultradenso deixado por outra estrela que explodiu como supernova no passado.
Apesar de concentrar mais massa do que o Sol, GX 301-2 possui aproximadamente o tamanho de uma cidade.
Ela também é um pulsar.
A estrela de nêutrons completa uma rotação aproximadamente a cada 11 minutos. Como sua emissão de raios X está concentrada em feixes, sua rotação faz com que esses feixes varram o espaço e sejam observados periodicamente da Terra.
Mas existe outra característica que torna esse sistema especialmente interessante.
GX 301-2 percorre uma órbita bastante alongada ao redor da hipergigante, completando uma volta a cada aproximadamente 41,5 dias.
E, durante essa trajetória, encontra regiões muito diferentes do vento produzido por sua companheira.
Wray 977 não produz apenas um vento uniforme.
Os astrônomos acreditam que a interação gravitacional com GX 301-2 cria uma corrente particularmente densa de plasma que se estende a partir da hipergigante.
Duas vezes durante cada órbita, aproximadamente nas regiões próximas ao ponto de maior aproximação e ao ponto de maior afastamento entre as estrelas, GX 301-2 encontra essa estrutura.
Quando isso acontece, sua emissão de raios X aumenta intensamente durante vários dias.
A erupção mais forte ocorre nas proximidades da maior aproximação, onde o fluxo é mais denso.
A explicação é a acreção.
Quando GX 301-2 atravessa o fluxo, sua enorme gravidade captura parte do gás. Conforme essa matéria cai em direção à estrela de nêutrons, sua energia gravitacional é convertida em calor e radiação.
O resultado são intensas emissões de raios X.
O mecanismo geral já era conhecido. O que permanecia muito mais difícil era observar diretamente o comportamento desse material próximo ao pulsar.
O XRISM conseguiu justamente isso.
O observatório XRISM é uma missão liderada pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão, JAXA, em colaboração com a NASA e participação da Agência Espacial Europeia.
Em 1º de fevereiro de 2025, o observatório apontou para BP Crucis quando o sistema estava próximo do final de uma de suas grandes erupções de raios X.
Durante aproximadamente 16 horas, o instrumento Resolve analisou a radiação proveniente do sistema.
Resolve é um espectrômetro de raios X de altíssima resolução.
Em vez de produzir apenas uma imagem do objeto, ele consegue separar com enorme precisão as diferentes energias presentes na radiação recebida.
Essas energias funcionam como impressões digitais dos átomos.
Foi assim que os pesquisadores identificaram diferentes estados de ionização do ferro no plasma próximo a GX 301-2.
Mais importante ainda, as posições dessas linhas não estavam exatamente onde deveriam estar.
Elas apresentavam um deslocamento para energias menores.
E esse deslocamento revelou o movimento do gás.
Quando uma fonte de radiação ou o material que absorve essa radiação se move em relação ao observador, as linhas espectrais podem aparecer deslocadas.
No caso das linhas observadas pelo XRISM, o deslocamento permitiu determinar que o plasma possuía uma velocidade de aproximadamente 540 mil quilômetros por hora, cerca de 150 quilômetros por segundo.
Mas existe uma sutileza importante.
O desvio para o vermelho mede a componente da velocidade ao longo da nossa linha de visão. Para concluir que o gás estava sendo capturado pela estrela de nêutrons, os pesquisadores precisaram considerar também a geometria e o movimento orbital do sistema.
Com essa análise, as linhas altamente ionizadas são compatíveis com plasma nas proximidades de GX 301-2 sendo acelerado em direção ao pulsar.
Pela primeira vez, os astrônomos conseguiram enxergar com esse nível de detalhe espectroscópico como o vento de uma estrela massiva se comporta enquanto é capturado por uma companheira compacta.
Talvez a parte mais interessante do resultado seja que a matéria não parece simplesmente seguir uma trajetória constante até a superfície da estrela de nêutrons.
O comportamento muda conforme GX 301-2 atravessa o fluxo.
Quando o pulsar começa a encontrar a corrente de plasma, o material capturado possui movimento angular suficiente para formar temporariamente uma estrutura semelhante a um disco de acreção turbulento.
O gás não cai diretamente.
Ele gira ao redor da estrela de nêutrons enquanto gradualmente perde energia e se aproxima dela.
Mas essa configuração não permanece estável.
À medida que GX 301-2 avança mais profundamente pela corrente, a geometria do fluxo muda. O gás capturado deixa de fornecer momento angular suficiente para sustentar o disco.
A estrutura então se desfaz.
Nesse estágio, o plasma pode cair de maneira muito mais direta sobre a estrela de nêutrons.
Foi próximo do final dessa fase que o XRISM realizou suas observações.
Isso é importante porque os espectros obtidos pelo Resolve apresentaram exatamente as características esperadas de material altamente ionizado movimentando-se nas proximidades do pulsar.
Os modelos usados para interpretar o sistema indicam ainda um comportamento mais estranho.
Quando GX 301-2 se aproxima do outro lado da corrente de plasma, as condições para formação de um disco podem surgir novamente.
Mas a geometria do material capturado mudou.
Com isso, o novo disco temporário pode adquirir momento angular na direção oposta e girar ao contrário do disco que existia durante a entrada do pulsar no fluxo.
Depois, quando GX 301-2 deixa completamente a corrente, essa estrutura também desaparece.
Todo o trânsito pela região densa leva aproximadamente quatro dias.
É importante, porém, distinguir a observação da interpretação.
O XRISM não produziu uma sequência de imagens mostrando um disco aparecer, desaparecer e começar a girar ao contrário.
O observatório mediu espectros de raios X extremamente detalhados durante uma parte específica da passagem. A formação, destruição e inversão desses discos temporários fazem parte do modelo físico usado para explicar como a acreção deve evoluir conforme o pulsar atravessa a corrente.
A própria animação divulgada pela NASA é uma visualização artística desse cenário, e não uma filmagem do fenômeno.
Estrelas de nêutrons possuem alguns dos campos gravitacionais e magnéticos mais extremos conhecidos.
Quando matéria cai sobre esses objetos, ela é submetida a condições impossíveis de reproduzir diretamente em laboratórios terrestres.
Sistemas como BP Crucis oferecem, portanto, uma maneira de estudar como a matéria se comporta durante a acreção em ambientes extremos.
Mas a acreção alimentada por vento estelar é particularmente difícil de compreender.
O vento de uma estrela massiva não é uma corrente perfeitamente uniforme. Ele pode apresentar regiões mais densas, estruturas irregulares e velocidades diferentes.
Além disso, o próprio movimento orbital da estrela de nêutrons altera continuamente a maneira como o material é capturado.
Por isso, o gás pode formar um disco em determinado momento, cair quase diretamente em outro e depois reorganizar completamente seu movimento.
A capacidade do XRISM de medir pequenas mudanças nas linhas espectrais permite investigar essa dinâmica de uma forma que observatórios anteriores dificilmente conseguiam alcançar.
E BP Crucis é especialmente adequado para esse tipo de estudo porque o pulsar atravessa repetidamente uma corrente densa de material.
A cada órbita de 41,5 dias, o sistema oferece aos astrônomos outra oportunidade de observar o processo.
A palavra “enxergar”, nesse caso, não significa fotografar partículas individuais sendo puxadas pela estrela de nêutrons.
O que o Resolve registrou foi muito mais sutil.
Quando os raios X produzidos nas proximidades de GX 301-2 atravessaram o plasma, determinados íons de ferro absorveram energias específicas dessa radiação.
Isso deixou pequenas depressões no espectro.
Como os átomos estavam em movimento, essas linhas apareceram deslocadas em relação às posições medidas em laboratório.
É justamente esse deslocamento que funciona como um velocímetro cósmico.
Ao identificar vários estados de ionização do ferro e acompanhar como suas linhas mudavam ao longo da observação, os pesquisadores conseguiram reconstruir características do plasma extremamente próximo ao pulsar.
Não estamos vendo uma fotografia do gás caindo.
Estamos medindo seu movimento por meio da assinatura que ele deixa na própria luz.
Essa diferença ajuda a entender por que o resultado é tão importante.
Astrônomos já sabiam que estrelas de nêutrons em sistemas como BP Crucis capturavam os ventos de suas companheiras. Afinal, alguma fonte de matéria precisava alimentar as poderosas emissões de raios X observadas.
O XRISM agora forneceu uma das evidências espectroscópicas mais claras de como esse processo ocorre nas proximidades do objeto compacto.
É uma demonstração do que a nova geração de espectroscopia de raios X pode fazer: transformar pequenas alterações na energia da luz em um mapa do movimento da matéria em alguns dos ambientes mais extremos do Universo.
Sobre a Imagem: Animação mostrando um pulsar compacto prestes a atravessar o fluxo de “vento estelar” de sua companheira.
Créditos da Imagem: Laboratório de Imagens Conceituais do GSFC da NASA.
Artigo: https://science.nasa.gov/missions/xrism/xrism-sees-pulsar-gathering-companions-wind