La câteva miliarde de ani lumină de Pământ, o sursă ciudată de raze X ultraluminoasă strălucește de milioane de ori mai puternic decât soarele, încălcând o lege fizică numită limita Eddington. Cum se explică acest fenomen?
Sursele de raze X ultraluminoase (ULX) sunt obiecte care emit fluxuri extrem de intense de raze X. Aceste obiecte i-au surprins pe astrofizicieni de ani de zile. Asta din motive întemeiate: ele produc de aproximativ zece milioane de ori mai multă energie decât Soarele, până la punctul de a părea să depășească o limită fizică numită limita Eddington. Numită după astrofizicianul Sir Arthur Eddington, ea arată limita teoretică a ratei maxime de acumulare a materiei pentru un obiect ceresc compact. Este determinată de un echilibru între două forțe opuse: forța gravitațională, care atrage materia către obiectul compact, și presiunea radiației care respinge materia. Presiunea de radiație este generată de lumină și alte forme de radiație emise de discul de acreție care înconjoară obiectul compact. Când materia cade pe obiect, aceasta se încălzește și emite radiații. Dacă rata de acumulare este prea mare, presiunea radiației devine suficient de puternică pentru a contracara forța gravitațională și pentru a preveni căderea materiei pe obiect. În acest moment, rata de acumulare atinge limita Eddington. Ceea ce îi îngrijorează pe cercetători este că aceste celebre ULX depășesc în mod regulat această limită de 100 până la 500 de ori.
Acestea fiind spuse, cercetătorii NASA au examinat unul dintre aceste obiecte în efortul de a afla mai multe. Pentru a face acest lucru, au folosit matricea telescopului spațial NuSTAR. Concluziile au fost prezentate într-o lucrare, publicată în The Astrophysical Journal, au confirmat că acest ULX special, numit M82 X-2, situat la aproximativ nouă miliarde de ani lumină distanță, era cu siguranță prea luminos. Cu alte cuvinte, el sfidează într-adevăr limita lui Eddington.
Majoritatea ULX-urilor sunt considerate a fi rezultatul acumulării de materie de către găurile negre de masă intermediară. În aceste sisteme binare, o stea însoțitoare pierde material care este apoi atras de gaura neagră, creând un disc de acreție în jurul acesteia. O altă posibilitate este că ULX-urile sunt sisteme binare compuse dintr-o stea neutronică și o stea însoțitoare. Aceasta este ideea preferată în lucrarea amintită.
La fel ca găurile negre, stelele neutronice se formează atunci când o stea masivă moare și se prăbușește pe ea însăși, împachetând mai multe mase solare într-o zonă nu mult mai mare decât un oraș de dimensiuni medii. Această densitate incredibilă creează o atracție gravitațională intensă pe suprafața stelei. În cazul unui sistem binar (cu două obiecte), aceste rămășițe de stele ”sifonează” apoi materia din steaua lor însoțitoare. Gazele și alte materiale transportate sub acțiunea gravitației accelerează la milioane de kilometri pe oră, eliberând o energie incredibilă pe măsură ce lovesc suprafața stelei neutronice. Acest fenomen produce apoi lumină cu raze X de înaltă energie detectabilă de pe Pământ.
Ca parte a acestei lucrări, cercetătorii au stabilit că M82 X-2 ”fura” aproximativ nouă miliarde de miliarde de tone de material pe an de la o stea din apropiere. Pentru a înțelege mai bine fenomenul, rețineți că acesta este echivalent cu 1,5 Pământuri. Cunoscând cantitatea de materie care lovește suprafața stelei neutronice, cercetătorii au reușit apoi să estimeze luminozitatea acestui obiect. Dar atunci, cum putem explica depășirea limitei lui Eddington? Ipoteza susținută în lucrarea amintită sugerează că câmpurile magnetice puternice distorsionează atomii aproximativ sferici ai materialului înghițit în forme alungite și stringente. Acest lucru ar reduce capacitatea fotonilor de a respinge atomii, crescând în cele din urmă luminozitatea maximă posibilă a unui obiect.
Astfel, studiul continuu al ULX-urilor și al comportamentului lor continuă să îmbogățească înțelegerea noastră asupra fizicii obiectelor compacte și a fenomenelor extreme din Univers, evidențiind importanța observației și a inovației tehnologice în astronomie.
