Um sistema binário contendo uma estrela massiva e o que provavelmente é um buraco negro, e que juntos são uma fonte de raios X intensos, demonstrou ser um exemplo em menor escala de alguns dos quasares mais luminosos do universo.
As novas descobertas, de uma equipe internacional que usou a espaçonave Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) da NASA, descrevem como um sistema binário de raios X localizado a cerca de 24.000 anos luz longe em nosso galáxia Via Láctea está amplificando sua emissão de raios X em uma cavidade em forma de funil que circunda o provável buraco negro.
O sistema, Cygnus X-3, foi descoberto no início da década de 1970, quando radiotelescópios detectaram jatos poderosos irradiando dele quase no velocidade da luz. A emissão de rádio desses jatos dura alguns dias, antes de desligar, para voltar a ligar mais tarde.
A origem dos jatos era, na época, misteriosa. O sistema foi descrito como um “quebra-cabeça astronômico”, não ajudado pelo fato de que não podemos nem ver Cygnus X-3 na luz visível; ele é bloqueado por poeira espessa no plano da nossa galáxia. Durante a década de 1970, radioastrônomos em observatórios ao redor do mundo se coordenaram por telefone para tentar capturar Cygnus X-3 no ato de ligar ou desligar.
Ao longo dos anos, novas observações em comprimentos de onda de rádio, infravermelho e raios X permitiram aos astrônomos descobrir que Cygnus X-3 é um sistema binário de raios X envolvendo a transferência de matéria entre uma estrela massiva e um objeto compacto que orbita um centro comum. da gravidade. O objeto compacto é uma estrela de nêutrons ou, mais provavelmente, um buraco negro com uma massa cerca de cinco vezes maior que a do massa do nosso sol. A estrela massiva é uma estrela Wolf-Rayet — uma fase rara pela qual as estrelas supergigantes passam, na qual elas irradiam ventos estelares poderosos que começam a levantar grandes pedaços de seu envelope externo para espaço. É o material soprado pelo vento desta estrela Wolf-Rayet que está alimentando um disco de acreção que gira em espiral ao redor do objeto compacto.
No entanto, a luminosidade do Cygnus X-3 é dificilmente credível. O fluxo de matéria em um objeto compacto como um buraco negro é controlado por uma propriedade conhecida como Limite de Eddington. Se a taxa de acreção for alta o suficiente, o disco de acreção se torna um impasse – a matéria acaba recuando, o disco fica denso e tão quente que a quantidade de radiação emitida pode impedir o influxo de material novo. Desta forma, os buracos negros podem regular o seu próprio crescimento, e parte do material é cuspido de volta nos jatos emissores de rádio.
No entanto, alguns dos quasares mais luminosos — galáxias com buracos negros supermassivos extremamente ativos em seus corações — parecem quebrar o Limite de Eddington, pois sua luminosidade é extremamente alta, mas ainda parecem estar acretando matéria. E Cygnus X-3 parece se enquadrar nessa categoria, embora em uma escala menor.
Agora, uma equipa liderada por Alexandra Veledina, da Universidade de Turku, na Finlândia, utilizou o IXPE para medir o grau de polarização na luz de raios X proveniente do Cygnus X-3. Eles descobriram que a quantidade de polarização é alta o suficiente para que só possa ser explicada pela dispersão dos raios X no interior de uma cavidade em forma de funil no coração do disco de acreção.
“Descobrimos que o objeto compacto está rodeado por um envoltório de matéria densa e opaca”, disse Veledina em um comunicado. declaração. “A luz que observamos é um reflexo das paredes internas do funil formadas pelo gás circundante, assemelhando-se a um copo com um espelho no interior.”
Um envelope opaco que é elevado por uma cavidade em forma de funil é típico de quasares que são descritos como ‘ULXs’ — fontes de raios X ultraluminosas. A escala de amplificação como resultado da dispersão de raios X do interior da cavidade do funil também é análoga às ULXs.
“ULXs são tipicamente observados como pontos luminosos nas imagens de galáxias distantes, com suas emissões amplificadas pelos efeitos de foco do funil circundante do objeto compacto, agindo de forma semelhante a um megafone”, disse o membro da equipe de estudo Juri Poutanen da Universidade de Turku. “No entanto, devido às vastas distâncias a essas fontes… elas parecem relativamente fracas para telescópios de raios X.”
Aprender sobre ULXs em quasares revelou-se, portanto, difícil, mas os astrónomos podem agora usar o Cygnus X-3, muito mais próximo, como modelo para compreender melhor esses ULXs distantes.
“Nossa descoberta agora revelou uma contraparte brilhante dessas ULXs distantes que residem em nossa própria galáxia”, disse Poutanen.
As explosões de Cygnus X-3 são intermitentes graças à órbita elíptica da estrela Wolf-Rayet em torno do objeto compacto, o que significa que às vezes ele está mais próximo e mais material transportado pelo vento cai sobre o provável buraco negro. O IXPE conseguiu ver que quando Cygnus X-3 está em sua fase ULX – quando a quantidade de material em queda é maior – o grau de polarização chega a 24,9%, mas quando o sistema está menos ativo, a polarização cai para 10,4% . Isto sugere que a estrutura do funil muda em resposta a maiores ou menores quantidades de acréscimo. Se a taxa de acreção cair muito, o funil pode entrar em colapso completamente, apenas para se reconstruir quando a acreção aumentar novamente, prevê a equipe de Veledina.
A equipa está agora a planear mais observações para tentar detectar este colapso, o que seria sinalizado pela queda da polarização para quase zero, indicando que a emissão de raios X vem directamente do gás quente na superfície do disco de acreção e não indirectamente. por meio de dispersão dentro do funil.
Os resultados foram publicados em 21 de junho na revista Astronomia da Natureza.
Postado originalmente em Espaço.com.