Eta Carinae, o sistema estelar mais luminoso e de maior massa situado a menos de 10 mil anos-luz da Terra, é conhecido pelo seu surpreendente comportamento, tendo entrado em erupção duas vezes no século XIX, por razões que os cientistas ainda não compreendem. Um estudo a longo prazo, liderado por astrónomos do Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland, usou satélites, telescópios terrestres e modelação teórica para produzir a imagem mais abrangente de Eta Carinae conseguida até à data. As novas descobertas incluem imagens do Telescópio Espacial Hubble que mostram conchas de gás ionizado, já com décadas, a afastar-se da estrela maior a 1,6 milhões de quilómetros por hora, e também novos modelos 3-D que revelam características nunca antes vistas das interacções entre as estrelas.

"Estamos a começar a entender o estado actual e o complexo ambiente deste objecto notável, mas ainda temos um longo caminho a percorrer até conseguirmos explicar as erupções do passado de Eta Carinae ou podermos prever seu comportamento futuro", disse Ted Gull, astrofísico do Goddard, que coordena um grupo de investigação que acompanhou a estrela ao longo de mais de uma década.

Localizado a cerca de 7500 anos-luz de distância, na constelação austral de Carina, Eta Carinae é um sistema composto por duas estrelas de grande massa cujas órbitas excêntricas as fazem aproximar-se invulgarmente a cada 5,5 anos. Ambas expelem enormes quantidades de gás a que se dá o nome de ventos estelares, que encobrem as estrelas e frustram os esforços para medir directamente as suas propriedades. Os astrónomos estabeleceram que a estrela principal, mais brilhante e mais fria, tem cerca de 90 vezes a massa do Sol e supera-o em brilho 5 milhões de vezes. As propriedades da sua companheira, mais pequena e mais quente, são mais controversas, Gull e os seus colegas acreditam que a estrela tem cerca de 30 massas solares e emite um milhão de vezes a luz do Sol.

Numa conferência de imprensa ocorrida durante o encontro da American Astronomical Society, em Seattle, na quarta-feira, 7 de Janeiro, os investigadores do Goddard discutiram as observações recentes de Eta Carinae e de que modo elas se encaixam no que actualmente se sabe acerca do sistema.

Na maior aproximação da órbita, o periastro, as estrelas estão a 225 milhões de quilómetros de distância, mais ou menos a distância média entre Marte e o Sol. Os astrónomos observam mudanças dramáticas no sistema durante os meses que antecedem e se sucedem ao periastro. Estas incluem erupções de raios-X, seguidas por um declínio súbito e eventual recuperação das emissões de raios-X; o desaparecimento e reaparecimento de estruturas perto das estrelas, detectadas em comprimentos de onda específicos da luz visível; e até mesmo um jogo de luz e sombras à medida que a estrela menor oscila em torno da principal.

Durante os últimos 11 anos, ao longo de três passagens pelo periastro, o grupo do Goddard desenvolveu um modelo baseado em observações de rotina das estrelas usando telescópios terrestres e vários satélites da NASA. "Usámos observações do passado para construirmos uma simulação de computador, o que nos ajudou a prever o que iremos ver durante o próximo ciclo, e depois introduzimos novas observações no modelo, para o aperfeiçoarmos", disse Thomas Madura, do Programa de Pós-Doutoramento da NASA no Goddard e um teórico da equipa de Eta Carinae.

De acordo com este modelo, a interacção entre os dois ventos estelares é responsável por muitas das alterações periódicas observadas no sistema. Os ventos de cada estrela têm diferentes propriedades: espessos e lentos para a estrela primária, finos e rápidos para a companheira mais quente. O vento da estrela primária sopra a cerca de 1,6 milhões de km/h e é especialmente denso, levando consigo uma massa equivalente à do Sol a cada mil anos. Em contrapartida, o vento da companheira leva consigo cerca de 100 vezes menos material, mas desloca-se a uma velocidade até 6 vezes superior.

As simulações realizadas por Madura, no supercomputador Pleiades do Ames Research Center da NASA, revelam a complexidade da interacção do vento. Quando a estrela companheira oscila rapidamente em torno da principal, o seu vento mais rápido esculpe uma cavidade em espiral no fluxo denso da estrela maior. Para visualizar melhor essa interacção, Madura converteu as simulações de computador em modelos digitais 3-D e fez versões sólidas, utilizando uma impressora 3-D. Este processo revelou longas protuberâncias em forma de espinha no fluxo de gás ao longo das bordas da cavidade, características que não tinham sido notadas anteriormente.

"Pensamos que estas estruturas são reais e que elas se formam como resultado de instabilidades no fluxo nos meses em torno da maior aproximação", disse Madura. "Quis fazer impressões 3-D das simulações para melhor poder visualizá-las e foram muito mais bem sucedidas do que eu imaginava."
(Ver vídeo do modelo 3-D, abaixo)

A equipa detalhou umas quantas observações importantes que expõem alguns dos funcionamentos internos do sistema. Durante as últimas três passagens pelo periastro, os telescópios terrestres, no Brasil, Chile, Austrália e Nova Zelândia, têm monitorizado um único comprimento de onda de luz azul emitida pelos átomos de hélio que perderam um único electrão. De acordo com o modelo, a emissão de hélio permite rastrear as condições do vento na estrela principal. O espectrógrafo STIS (Space Imaging Telescope Spectrograph) a bordo do Hubble capta um comprimento de onda diferente da luz azul emitida por átomos de ferro que perderam dois electrões, que revela com exclusividade onde o gás da estrela principal se torna incandescente pela luz ultravioleta intensa do seu companheiro. Por último, os raios-X do sistema trazem informações directamente da zona de colisão do vento, onde os ventos contrários criam ondas de choque que aquecem o gás até centenas de milhões de graus.

"Alterações nos raios-X constituem sinais directos da zona de colisão e reflectem as transformações no modo como estas estrelas perdem massa", disse Michael Corcoran, um astrofísico da Associação de Universidades de Investigação Espacial, sediada em Columbia, Maryland. Ele e os seus colegas compararam emissões no periastro, medidas ao longo dos últimos 20 anos pelo Rossi X-Ray Timing Explorer

Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE)
O observatório espacial de raios-X RXTE, da NASA, é uma missão que teve início em 1995 e ainda está a decorrer, e tem como objectivo observar, com extrema rapidez, buracos negros, estrelas de neutrões, pulsares de raios-X e fulgurações de raios-X. Uma grande vantagem do RXTE é a sua capacidade de observar alterações que ocorrem no brilho de fontes de raios-X, tanto num milésimo de segundo, como ao longo de anos.

, da NASA, que deixou de operar em 2012, e pelo telescópio de raios-X a bordo de satélite Swift, da NASA. Em Julho de 2014, à medida que as estrelas se aproximavam, o Swift observou uma série de explosões que culminaram na mais brilhante emissão de raios-X já vista em Eta Carinae. Este fenómeno implica uma alteração na perda de massa por parte de uma das estrelas, mas os raios-X só por si não conseguem determinar em qual.

Mairan Teodoro, do Goddard, liderou a campanha terrestre de rastreamento da emissão de hélio. "A emissão de 2014 é quase idêntica à que vimos no periastro anterior, em 2009, o que sugere que o vento primário tem sido constante e que o vento do companheiro é responsável pelas explosões de raios-X" explicou.

Depois dos astronautas da NASA terem reparado o instrumento STIS do Telescópio Espacial Hubble, em 2009, Gull e os seus colaboradores pediram autorização para o utilizarem na observação de Eta Carinae. Separando a luz das estrelas num espectro do tipo arco-íris, o STIS revela a composição química do seu ambiente. O espectro mostrou também estruturas finas perto das estrelas que sugeriram que o instrumento poderia ser usado para mapear a região próxima ao sistema binário com detalhes nunca antes vistos.

O STIS observa os seus alvos através de uma única fenda estreita para limitar a contaminação devida a outras fontes. Desde Dezembro de 2010, a equipa de Gull tem mapeado regularmente uma região com centro no binário, através da captura de espectros em 41 locais diferentes, um esforço semelhante ao da construção de uma imagem panorâmica a partir de uma série de instantâneos. A imagem estende-se por cerca de 670 mil milhões de quilómetros, cerca de 4600 vezes a distância média Terra-Sol.

As imagens resultantes, reveladas pela primeira vez na quarta-feira, mostram que a emissão de ferro duplamente ionizado vem de uma estrutura gasosa complexa, com quase um décimo de um ano-luz de diâmetro, que Gull compara a um caranguejo azul de Maryland. Percorrendo as imagens do STIS, vastos reservatórios de gás, que representam as "pinças" do caranguejo, podem ser vistos a afastar-se das estrelas a velocidades de cerca de 1,6 milhões km/h. A cada aproximação, forma-se uma cavidade espiral no vento da estrela maior que depois se expande com ele, criando as conchas móveis.

"Estas conchas de gás mantêm-se por milhares de vezes a distância Terra-Sol", explicou Gull. "Analisando-as em retrospectiva, descobrimos que as conchas começaram a afastar-se da estrela principal há cerca de 11 anos (três passagens pelo periastro), oferecendo-nos mais uma forma de vislumbrarmos o que ocorreu no passado recente".

Quando as estrelas se aproximam, o companheiro fica imerso na parte mais espessa do vento do primário, que absorve a sua luz UV e impede que a radiação atinja as conchas de gás distantes. Sem esta energia para o excitar, o ferro duplamente ionizado deixa de emitir luz e a estrutura em forma de caranguejo desaparece neste comprimento de onda. Quando o companheiro oscila em torno do primário e limpa o vento mais denso, os seus UV escapam, tornado a dar energia aos átomos de ferro nas conchas, e o caranguejo volta a aparecer.

As duas estrelas de grande massa de Eta Carinae podem terminar as suas vidas em explosões de supernovas. Para as estrelas, o que vai determinar o seu destino final é a quantidade de matéria que podem perder - por meio de ventos estelares, ou das erupções ainda inexplicáveis - antes de ficarem sem combustível e colapsarem sob o seu próprio peso.

Os investigadores dizem que, por agora, não há nenhuma evidência que sugira o fim iminente de qualquer uma das estrelas, e estão a explorar o rico conjunto de dados da passagem em 2014 pelo periastro para fazerem novas previsões, que serão testadas quando as estrelas se voltarem a aproximar, em Fevereiro de 2020.

Veja o vídeo relativo a esta notícia: https://www.youtube.com/watch?v=0rJQi6oaZf0

Veja também o vídeo do primeiro modelo 3D de Eta Carinae: https://www.youtube.com/watch?v=FN-_6mUzLhc

Fonte da notícia: http://www.nasa.gov/content/goddard/nasa-observatories-take-an-unprecedented-look-into-superstar-eta-carinae/