Uma visão em direção ao buraco negro em um binário de raios X e os raios X que vemos que são refletidos da superfície interna do poderoso fluxo que cerca o buraco. Crédito: Alexander Mushtukov
Astrônomos descobriram que um binário de raios X bem conhecido, cuja natureza exata tem sido um mistério para os cientistas até agora, é na verdade uma fonte oculta de raios X ultraluminosos.
Sistemas binários de raios X, que incluem uma estrela normal e um objeto compacto como uma buraco negrosão altamente eficientes na liberação de energia gravitacional. Cygnus X-3, descoberto no início da década de 1970, é conhecido por suas intensas, mas breves, emissões de rádio, tornando-o um “quebra-cabeça astronômico”. Estudos recentes usando NASAO satélite IXPE da NASA revelou que Cygnus X-3 é cercado por um denso envelope de matéria, refletindo luz em suas paredes internas, e é identificado como uma fonte de raios X ultraluminosa (ULX) dentro de nossa Galáxia.
Compreendendo os sistemas binários de raios X
Binários de raios X são sistemas intrigantes que consistem em dois corpos celestes: uma estrela normal e um objeto compacto e morto, como um buraco negro ou uma estrela de nêutrons que suga material de sua companheira estelar. Algumas centenas dessas fontes foram identificadas até agora em nossa Galáxia. Quando se trata dos fenômenos mais poderosos do Universo, a liberação de energia gravitacional em sistemas binários de raios X se destaca como um processo altamente eficiente.
Descoberta e Mistério de Cygnus X-3
Entre os primeiros sistemas binários de raios X descobertos no cosmos está o sistema Cygnus X-3. Desde o início da década de 1970, esse sistema binário era conhecido por sua capacidade de emergir brevemente como uma das fontes de rádio mais intensas, mas em poucos dias ele escurece ou desaparece completamente. Essa característica peculiar estimulou os primeiros esforços, coordenados por telefonemas, para unir observações astronômicas em todo o mundo. O comportamento único do sistema durante esses eventos de curta duração e altamente energéticos, contrastando com sua natureza “normal”, levou-o a ser apelidado de “quebra-cabeça astronômico Cygnus X-3” por RM Hjellming em 1973. Numerosos esforços têm sido direcionados para entender sua natureza desde então.
Avanços na polarimetria de raios X
O avanço na solução desse quebra-cabeça foi alcançado graças ao estudo desse sistema com o satélite Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), lançado pela NASA em dezembro de 2021. De acordo com Alexandra Veledina, pesquisadora da Universidade de Turku, na Finlândia, e principal autora do estudo, o uso da visão polarizada de raios X forneceu insights sobre a configuração da matéria ao redor do objeto compacto na proximidade mais próxima do buraco negro.
“Descobrimos que o objeto compacto é cercado por um envelope de matéria densa e opaca. A luz que observamos é um reflexo das paredes internas do funil formadas pelo gás circundante, lembrando um copo com um interior espelhado”, explica Veledina.
Insights sobre fontes de raios X ultraluminosas
Essa revelação levou à identificação de Cygnus X-3 como um membro da classe de fontes de raios X ultraluminosas (ULXs), que consomem matéria a uma taxa tão gigantesca que uma fração considerável do material que cai não cabe dentro do horizonte de eventos, mas sim é cuspida para longe do sistema.
“ULXs são normalmente 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”, elabora Juri Poutanen, professor do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Turku e coautor da pesquisa.
“No entanto, devido às grandes distâncias até essas fontes, milhares de vezes além do alcance do Via Lácteaeles parecem relativamente fracos para telescópios de raios X. Nossa descoberta agora revelou uma contraparte brilhante desses ULXs distantes residindo dentro de nossa própria Galáxia.”
Esta descoberta significativa marca um novo capítulo na investigação desta extraordinária fonte cósmica, oferecendo uma oportunidade para uma exploração aprofundada do consumo extremo de matéria.
Referência: “Cygnus X-3 revelado como uma fonte galáctica de raios X ultraluminosos por IXPE” por Alexandra Veledina, Fabio Muleri, Juri Poutanen, Jakub Podgorný, Michal Dovčiak, Fiamma Capitanio, Eugene Churazov, Alessandra De Rosa, Alessandro Di Marco, Sofia V. Forsblom, Philip Kaaret, Henric Krawczynski, Fabio La Monaca, Vladislav Loktev, Alexander A. Lutovinov, Sergey V. Molkov, Alexander A. Mushtukov, Ajay Ratheesh, Nicole Rodriguez Cavero, James F. Steiner, Rashid A. Sunyaev, Sergey . S. Tsygankov, Martin C. Weisskopf, Andrzej A. Zdziarski, Stefano Bianchi, Joe S. Bright, Nikolaj Bursov, Enrico Costa, Elise Egron, Javier A. Garcia, David A. Green, Mark Gurwell, Adam Ingram, Jari JE. Kajava, Ruta Kale, Alex Kraus, Denys Malyshev, Frédéric Marin, Giorgio Matt, Michael McCollough, Ilya A. Mereminskiy, Nikolaj Nizhelsky, Giovanni Piano, Maura Pilia, Carlotta Pittori, Ramprasad Rao, Simona Righini, Paolo Soffitta, Anton Shevchenko, Jiri Svoboda, Francesco Tombesi, Sergei A. Trushkin, Peter Tsybulev, Francesco Ursini, Kinwah Wu, Iván Agudo, Lucio A. Antonelli, Matteo Bachetti, Luca Baldini, Wayne H. Baumgartner, Ronaldo Bellazzini, Stephen D. Bongiorno, Raffaella Bonino, Alessandro Brez, Niccolò Bucciantini, Simone Castellano, Elisabetta Cavazzuti, Chien-Ting Chen, Stefano Ciprini, Ettore Del Monte, Laura Di Gesu, Niccolò Di Lalla, Immacolata Donnarumma, Victor Doroshenko, Steven R. Ehlert, Teruaki Enoto, Yuri Eva, Sergio Fangelistani , Riccardo Ferrazzoli, Shuichi Gunji, Kiyoshi Hayashida, Jeremy Heyl, Wataru Iwakiri, Svetlana G. Jorstad, Vladimir Karas, Fabian Kislat, Takao Kitaguchi, Jeffery J. Kolodziejczak, Luca Latronico, Ioannis Liodakis, Simone Maldera, Alberto Manfreccida, Area Manfreccida P .Marscher, Herman L. Marshall, Francesco Massaro, Ikuyuki Mitsuishi, Tsunefumi Mizuno, Michela Negro, Chi-Yung Ng, Stephen L. O’Dell, Nicola Omodei, Chiara Oppedisano, Alessandro Papitto, George G. Pavlov, Abel L. Peirson. , Matteo Perri, Melissa Pesce-Rollins, Pierre-Olivier Petrucci, Andrea Possenti, Simonetta Puccetti, Brian D. Ramsey, John Rankin, Oliver Roberts, Roger W. Romani, Carmelo Sgrò, Patrick Slane, Gloria Spandre, Doug Swartz, Toru Tamagawa , Fabrizio Tavecchio, Roberto Taverna, Yuzuru Tawara, Allyn F. Tennant, Nicholas E. Thomas, Alessio Trois, Roberto Turolla, Jacco Vink, Fei Xie e Silvia Zane, 21 de junho de 2024, Astronomia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02294-9
