O VLT revela nebulosa Bowshock torno RX J1856.5-3754
Mistério Profundo dentro da Via Láctea, uma velha e solitária estrela de nêutrons paira o seu caminho através do espaço interestelar. Conhecido como RX J1856.5-3754, ele mede apenas ~ 20 km de diâmetro. Embora seja excepcionalmente quente para a sua idade, cerca de 700 mil ° C, as observações anteriores não revelou qualquer atividade em tudo, ao contrário de todas as outras estrelas de nêutrons conhecidas até agora. Para entender melhor este tipo extremo de objeto, um estudo detalhado de RX J1856.5-3754 foi realizado por Marten van Kerkwijk (Instituto de Astronomia da Universidade de Utrecht, Holanda) e Shri Kulkarni (Instituto de Tecnologia da Califórnia, Pasadena , Califórnia, EUA). Para deleite dos astrônomos e surpresa, as imagens de espectros obtidos com o ESO Very Large Telescope (VLT) agora mostra uma pequena nebulosa em forma de cone perto dela ("bowshock"). Ela brilha à luz dos átomos de hidrogênio e é, obviamente, um produto de algum tipo de interação com esta estrela estranha.
Estrelas de nêutrons - são restos de explosões de supernovas
Estrelas de nêutrons são um dos objetos mais extremos do Universo. Eles são formados quando uma estrela massiva morre em uma "explosão de supernova". Durante este evento dramático, o núcleo da estrela colapsa repentinamente sob o seu próprio peso e as partes externas são violentamente ejetadas para o espaço circundante.
Um dos exemplos mais conhecidos é a Nebulosa do Caranguejo, na constelação de Touro (The Bull). É o remanescente gasoso de uma estrela que explodiu no ano de 1054 e também deixou para trás um pulsar, ou seja, uma estrela de nêutrons rotativo .
A explosão de uma supernova é um evento muito complexo que ainda não é bem compreendida. Nem a estrutura de uma estrela de neutrões é conhecido em pormenor que seja. Depende das propriedades extremas de matéria que tem sido compactados para incrivelmente altas densidades, muito além do alcance de experimentos de física na Terra .
O destino final de uma estrela de nêutrons também não é clara. A partir das taxas observadas de explosões de supernovas em outras galáxias, parece que centenas de milhões de estrelas de nêutrons deve ter se formado em nossa própria galáxia, a Via Láctea. No entanto, a maioria destes são agora invisíveis, tendo desde há muito arrefecido e fica completamente inativo enquanto desaparecendo de vista.
Uma estrela de nêutrons unsual - RX J1856.5-3754
Alguns anos atrás, a fonte de raios-X RX J1856.5-3754 foi encontrado pelo satélite alemão ROSAT observatório de raios-X. Posteriores observações com o Telescópio Espacial Hubble (cf STScI-PR97-32) detectada emissão óptica extremamente fraco desta fonte e provado conclusivamente que é uma estrela de nêutrons isolada .
Não há sinal do remanescente de supernova associado e, portanto, deve ser de pelo menos 100 mil anos "velho". O mais interessante, e ao contrário de estrelas mais jovens de nêutrons isoladas ou estrelas de nêutrons em sistemas estelares binários, RX J1856.5-3754 não mostra qualquer sinal de atividade que seja, como variabilidade ou pulsações.
Como um membro único da sua classe, RX J1856.5-3754 rapidamente se tornou o centro de um grande interesse entre os astrônomos. Aparentemente, apresentou a primeira oportunidade, muito bem-vindas para realizar estudos detalhados sobre a estrutura de uma estrela de nêutrons, sem a influência perturbadora da atividade mal-entendidas.
Uma questão específica surgiu imediatamente. A emissão de raios-X indica uma temperatura muito elevada de RX J1856.5-3754. No entanto, a partir do momento de seu nascimento violento, estrelas de nêutrons são pensados para perder energia e resfriar continuamente. Mas então, como pode uma estrela de nêutrons velho como este ser tão quente?
Uma possível explicação é que algum material interestelar, gás e / ou grãos de poeira, está sendo capturado pelo seu forte campo gravitacional. Tais partículas que caem livremente em direcção à superfície da estrela de neutrões e lá chegam, com cerca de metade da velocidade da luz. Uma vez que a energia cinética destas partículas é proporcional ao quadrado da velocidade, mesmo em pequenas quantidades de matéria iria depositar muita energia no momento do impacto, aquecendo assim a estrela de neutrões.
O espectro de RX J1856.5-3754
O novo estudo VLT por van Kerkwijk e Kulkarni de RX J1856.5-3754 teve como objetivo primeiro a tirar espectros ópticos, a fim de estudar sua estrutura. Os astrônomos esperavam encontrar no seu espectro algumas "assinaturas", ou seja, a emissão ou linhas de absorção e / ou bandas, que podem fornecer informações sobre as condições físicas em sua superfície.
Embora as chances de isso fosse reconhecidamente bastante fino, a detecção de tais características espectrais seria um verdadeiro quebra-cabeça no estudo de estrelas de nêutrons. Se estiver presente no espectro, que poderia, por exemplo, ser utilizada para medir diretamente a imensa força do campo gravitacional sobre a superfície, que deve ser de cerca de 10 12 vezes mais forte do que na superfície da Terra. Além disso, pode ser possível determinar o desvio para o vermelho gravitacional, através do qual um efeito relativista diz quanta de luz (fotões) que são emitidos a partir da superfície e perder cerca de 20% da sua energia enquanto escapa da estrela de neutrões. Seu comprimento de onda é, portanto, vermelho-desviado por esse montante.
As observações espectrais eram difíceis, em primeiro lugar por causa da fraqueza extrema de RX J1856.5-3754. Mas, apesar de uma excelente espectro foi obtido com o instrumento multi-modo FORS1 no VLT ANTU, foi realmente muito inexpressivo e sem características espectrais vistas.
Surpresas de RX J1856.5-3754
No entanto, como muitas vezes acontece em astronomia, estas observações trouxe surpresas. A primeira foi a de que a estrela de nêutrons obviamente movida no céu desde o HST tinha sido observado em 1997. A partir de medições de posição e a distância assumida, aprox. 200 anos-luz, RX J1856.5-3754 foi encontrado para estar se movendo com uma velocidade de cerca de 100 km / s [4] . No entanto, em uma velocidade tão alta, que era difícil imaginar como ele seria capaz de pegar muita matéria interestelar, cuja pode aquecer a superfície, como descrito acima. O quebra-cabeça foi se aprofundando!
Outra surpresa foi que o espectro de emissão mostrou muito fraco da vizinhança da estrela de nêutrons. Os comprimentos de onda medidos identificaram estas linhas de emissão como H-H-alfa e beta, duas das ditas linhas Balmer que se originam em átomos de hidrogénio. Muito provavelmente, a forte radiação a partir da superfície muito quente da estrela de nêutrons e átomos de hidrogênio ionizantes (separando-os em um próton e um elétron) nas imediações, um processo que também ocorre perto de muito calor, nas estrelas normais. A emissão observada é então produzido quando, em um momento posterior, os prótons e elétrons novamente recombinam em átomos de hidrogênio.
Curiosamente, um simples cálculo da densidade de hidrogênio perto da estrela de neutrões que é necessário para produzir o brilho observado indica a presença de cerca de uma centena de átomos de hidrogênio por centímetro cúbico. Esta é nada menos do que cem vezes a densidade de costume no meio interestelar. Então, talvez a superfície do RX J1856.5-3754 ainda poderia ser aquecido por inflamações de átomos de hidrogênio?
Imagens do VLT da região de RX J1856.5-3754
Com a densidade de hidrogênio inferida perto da estrela de nêutrons, cerca de mil anos, em média irá decorrer entre o momento de ionização pela estrela de nêutrons passando a subsequente re-unificação de um próton com um elétron para formar um átomo de hidrogênio.
Durante este tempo, porém, a estrela de nêutrons em rápida velocidade terá percorrido uma distância considerável. Por esse motivo, espera-se que grande parte da emissão de hidrogênio não será visto muito perto da estrela de neutrões, mas sim ao longo do sua "recente" trajetória no espaço.
Para testar essas idéias, o tempo de observação adicional foi concedido no VLT para obter imagens muito "profundas", diretas que tentam mapear o brilho do hidrogênio. Eles foram realizados por astrônomos do ESO em Paranal pessoal em "modo de serviço". Exposições com duração de mais de cinco horas no total foram tomadas através de um filtro óptico estreito que isola a emissão de hidrogênio H-alpha. Além disso, a exposição mais curtos foram tomadas através B (lue) e os filtros de R (ed). As exposições foram combinados em uma falsa-cor ESO Imprensa Fotos eso0029 -b.
Legiões de estrelas são vistos nas fotos. Isto é em parte devido à sensibilidade à luz extraordinária do VLT, e em parte porque a região de formação de estrelas está localizado nessa direção. Estrelas como o nosso Sol aparecem esbranquiçadas, estrelas relativamente frias emitem pouca luz azul e aparecem mais avermelhado, enquanto estrelas quentes aparecem em azul.
As fotografias mostram claramente uma grande quantidade de luz difusa, em especial na zona inferior esquerda. Isso é mais provável a luz das estrelas refletida por grãos de poeira interestelar.
A nebulosa em forma de cone perto RX J1856.5-3754
A pequena área, um pouco acima e à direita do centro de ESO Press Photo eso0029 , foi ampliado em ESO Press Photo eso0029 . Ele mostra uma pequena nebulosa, em forma de cone nunca antes visto - este é a emissão de átomos de hidrogênio perto da estrela de nêutrons RX J1856.5-3754. A própria estrela é a muito fraca, azul objeto muito perto do topo do cone.
A forma do cone é como a de um "bowshock" a partir de um navio, ararando através da água. Da mesma forma em forma de cones foram encontrados em torno de pulsares de rádio que se movem rapidamente e estrelas maciças. No entanto, para esses objetos, o bowshock forma por causa de um forte fluxo de partículas da estrela ou o pulsar (um "vento estelar"), que colide com a matéria interestelar.
Devido a esta analogia, pode-se pensar que um "vento" também sopra de RX J1856.5-3754. No entanto, para isso uma nova hipótese teria que ser invocadas. Uma alternativa, talvez possibilidade mais plausível é que, quando os átomos de hidrogênio ao redor são ionizados, os elétrons e prótons resultantes adquirir velocidades substanciais, aquecendo o gás interestelar perto da estrela de nêutrons que passa. O gás aquecido se expande e empurra o gás mais frio circundante. No final, este processo pode conduzir a uma forma geométrica semelhante ao causado por um vento estelar.
Para onde vai RX J1856.5-3754?
Atualmente, ainda é incerto se a massa observada na matéria interestelar circundante é suficiente para aquecer J1856.5 RX-3754 à temperatura observada.
No entanto, é possível que, por vezes, no passado, a estrela de nêutrons conseguiu coletar mais matéria durante a sua viagem através do espaço interestelar, foi aquecida, e agora está lentamente a arrefecer. Em mais um milhão de anos ou mais, torna-se indetectável, até que aconteça a passar por outra região interestelar densa. E assim por diante ...
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