Não faltam superlativos ao sistema estelar Eta Carinae. Ele não só contém uma das maiores e mais brilhantes estrelas de nossa galáxia, pesando pelo menos 90 vezes mais do que o Sol, como é também extremamente volátil, e deverá ser o palco de ano menos uma explosão de supernova no futuro.
Um dos primeiros objetos observados pelo Observatório Chandra de Raios X da NASA após seu lançamento, há uns 15 anos, esse sistema estelar duplo continua a revelar pistas sobre sua natureza através dos raios X que emite.
Astrônomos relataram um comportamento extremamente volátil de Eta Carinae no século 19, quando ele se tornou intensamente brilhante durante duas décadas, superando praticamente todas as estrelas do céu. Este evento se tornou conhecido como a “Grande Erupção.” Dados obtidos através dos telescópios modernos revelam que Eta Carinae expeliu cerca de dez vezes a massa do Sol naquela época. Surpreendentemente, a estrela sobreviveu a essa tumultuada expulsão de matéria, acrescentando a seus atributos o de ser “extremamente resistente”.
Atualmente, astrônomos vêm tentando aprender mais sobre as duas estrelas do sistema Eta Carinae e como elas interagem entre si. A mais pesada das duas estrelas está perdendo massa rapidamente através de ventos que sopram de sua superfície à velocidade de mais de um milhão de milhas por hora. Embora não seja o gigantesco expurgo da Grande Erupção, esta estrela ainda está perdendo massa a um ritmo muito alto, que a deixará com uma massa equivalente à do Sol dentro de aproximadamente um milênio.
Embora seja menor que sua aquela, a estrela companheira Eta Carinae também tem uma grande massa, pesando cerca de 30 vezes mais do que o Sol. Ela está perdendo matéria a um ritmo cerca de 100 vezes menor do que o de sua parceira, mas ainda assim uma prodigiosa perda de peso em comparação à maioria das demais estrelas. A estrela companheira supera a maior em questão de velocidade do vento, que é quase dez vezes maior.
Quando esses dois ventos velozes e potentes colidem, formam um arco de choque – similar ao estrondo de um avião supersônico – que, então, aquece o gás entre as estrelas. A temperatura do gás atinge cerca de dez milhões de graus, produzindo raios X, que o Chandra detecta.
A imagem de Eta Carinae obtida pelo Chandra mostra raios X de baixa energia em vermelho, média energia em verde, e alta energia em azul. A maior parte das emissões vem de raios X de baixa e alta energias. A fonte do ponto azul é gerada pelos ventos em colisão, e a difusa emissão azul é produzida quando o material que foi expelido durante a Grande Erupcão reflete esses raios X. Os raios X de baixa energia mais para fora mostram onde os ventos das duas estrelas ou, talvez, matéria da Grande Erupção, estão atingindo a matéria ao redor. Esta matéria circundante pode consistir em gás que foi ejetado antes da Grande Erupção.
Uma característiva interessante do sistema Eta Carinae é que as duas estrelas viajam ao redor uma da outra por trajetórias altamente elípticas durantes suas órbitas de cinco anos e meio de duração. Dependendo de onde cada estrela estiver em sua trajetória de formato oval, a distância entre as duas estrelas se modifica por um fator de vinte. Essas trajetórias de formato oval dão aos astrônomos uma chance de estudar o que ocorre com os ventos oriundos dessas estrelas quando eles colidem com elas a diferentes distâncias uma da outra.
Através da maior parte da órbita deste sistema, os raios X são mais fortes no vértice, a região na qual os ventos colidem de frente. No entanto quando as duas estrelas estão em sua máxima aproximação em suas órbitas (um ponto que os astrônomos chamam “periastro”), a emissão de raios X diminui inesperadamente.
Para entender a causa dessa diminuição, os astrônomos observaram Eta Carinae com o Chandra no periastro no começo de 2009. Os resultados proporcionaram a mais detalhada foto da emissão de raios X pelos ventos em colisão em Eta Carinae. O estudo indica que parte dos motivos da diminuição no periastro é que os raios X do vértice são bloqueados pelo denso vento da maior estrela de Eta Carinae, ou, talvez, pela própria superfície da estrela.
Outro fator responsável diminuição dos raios X é o fato de que a onda de choque parece ser desfeita próxima ao periastro, possivelmente devido ao resfriamento mais rápido do gás por conta da maior densidade, e/ou uma redução na intensidade do vento da estrela companheira devido à radição ultravioleta extra da grande estrela atingindo-a. Os pesquisadores esperam que as observações do Chandra durante o último periastro, em agosto de 2014, ajudem a determinar a real causa.
Tradução de Luiz Leitão
The Eta Carinae star system does not lack for superlatives. Not only does it contain one of the biggest and brightest stars in our galaxy, weighing at least 90 times the mass of the sun, it is also extremely volatile and is expected to have at least one supernova explosion in the future.
As one of the first objects observed by NASA’s Chandra X-ray Observatory after its launch some 15 years ago, this double star system continues to reveal new clues about its nature through the X-rays it generates.
Astronomers reported extremely volatile behavior from Eta Carinae in the 19th century, when it became very bright for two decades, outshining nearly every star in the entire sky. This event became known as the “Great Eruption.” Data from modern telescopes reveal that Eta Carinae threw off about ten times the sun’s mass during that time. Surprisingly, the star survived this tumultuous expulsion of material, adding “extremely hardy” to its list of attributes.
Today, astronomers are trying to learn more about the two stars in the Eta Carinae system and how they interact with each other. The heavier of the two stars is quickly losing mass through wind streaming away from its surface at over a million miles per hour. While not the giant purge of the Great Eruption, this star is still losing mass at a very high rate that will add up to the sun’s mass in about a millennium.
Though smaller than its partner, the companion star in Eta Carinae is also massive, weighing in at about 30 times the mass of the sun. It is losing matter at a rate that is about a hundred times lower than its partner, but still a prodigious weight loss compared to most other stars. The companion star beats the bigger star in wind speed, with its wind clocking in almost ten times faster.
When these two speedy and powerful winds collide, they form a bow shock – similar to the sonic boom from a supersonic airplane – that then heats the gas between the stars. The temperature of the gas reaches about ten million degrees, producing X-rays that Chandra detects.
The Chandra image of Eta Carinae shows low energy X-rays in red, medium energy X-rays in green, and high energy X-rays in blue. Most of the emission comes from low and high energy X-rays. The blue point source is generated by the colliding winds, and the diffuse blue emission is produced when the material that was purged during the Great Eruption reflects these X-rays. The low energy X-rays further out show where the winds from the two stars, or perhaps material from the Great Eruption, are striking surrounding material. This surrounding material might consist of gas that was ejected before the Great Eruption.
An interesting feature of the Eta Carinae system is that the two stars travel around each other along highly elliptical paths during their five-and-a-half-year long orbit. Depending on where each star is on its oval-shaped trajectory, the distance between the two stars changes by a factor of twenty. These oval-shaped trajectories give astronomers a chance to study what happens to the winds from these stars when they collide at different distances from one another.
Throughout most of the system's orbit, the X-rays are stronger at the apex, the region where the winds collide head-on. However, when the two stars are at their closest during their orbit (a point that astronomers call “periastron”), the X-ray emission dips unexpectedly.
To understand the cause of this dip, astronomers observed Eta Carinae with Chandra at periastron in early 2009. The results provided the first detailed picture of X-ray emission from the colliding winds in Eta Carinae. The study suggests that part of the reason for the dip at periastron is that X-rays from the apex are blocked by the dense wind from the more massive star in Eta Carinae, or perhaps by the surface of the star itself.
Another factor responsible for the X-ray dip is that the shock wave appears to be disrupted near periastron, possibly because of faster cooling of the gas due to increased density, and/or a decrease in the strength of the companion star’s wind because of extra ultraviolet radiation from the massive star reaching it. Researchers are hoping that Chandra observations of the latest periastron in August 2014 will help them determine the true explanation.
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