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Fermi descobre binário recordista em galáxia vizinha


As observações do LAT (Large Area Telescope) do Fermi (linha magenta) mostram que os raios-gama de LMC P3 sobem e descem ao longo de 10,3 dias. Pensa-se que a companheira seja uma estrela de neutrões. As ilustrações do topo mostram como a mudança na posição da estrela de neutrons está relacionada com o ciclo de raios-gama.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

Usando dados do Telescópio Espacial de Raios-gama Fermi da NASA e de outras instalações, uma equipa internacional de cientistas encontrou o primeiro binário de raios-gama noutra galáxia e o mais luminoso já observado. O sistema duplo, apelidado LMC P3, contém uma estrela massiva e um núcleo estelar esmagado que interagem para produzir uma inundação cíclica de raios-gama, a forma mais energética de luz.

"O Fermi detetou apenas cinco destes sistemas na nossa própria Galáxia, de modo que avistar um tão luminoso e distante é algo muito emocionante," afirma Robin Corbet do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. "Os binários de raios-gama têm muito valor porque o fluxo de raios-gama muda significativamente durante cada órbita e às vezes em escalas mais longas de tempo. Esta variação permite-nos estudar em detalhe muitos dos processos de emissão comuns a outras fontes de raios."

Estes sistemas raros contêm ou uma estrela de neutrões ou um buraco negro e irradiam a maior parte da sua energia na forma de raios-gama. Notavelmente, LMC P3 é o sistema mais luminoso conhecido em raios-gama, ondas de rádio e no visível, e é apenas o segundo descoberto com o Fermi.

O artigo científico que descreve a descoberta foi publicado na edição de 1 de outubro da revista The Astrophysical Journal e está disponível online.

LMC P3 está situado dentro dos escombros em expansão de uma explosão de supernova localizada na Grande Nuvem de Magalhães (GNM), uma pequena galáxia vizinha a cerca de 163.000 anos-luz de distância. Em 2012, cientistas que usavam o Observatório de raios-X Chandra da NASA descobriram uma forte fonte de raios-X dentro do remanescente de supernova e mostraram que orbitava uma estrela jovem e quente com muitas vezes a massa do Sol. Os investigadores concluíram que o objeto compacto ou era uma estrela de neutrões ou um buraco negro e classificaram o sistema como um binário de raios-X de alta massa (em inglês, high mass X-ray binary, ou HMXB).

Em 2015, a equipa de Corbet começou a procurar novos binários de raios-gama em dados do Fermi, procurando as mudanças periódicas características destes sistemas. Os cientistas descobriram uma mudança cíclica de 10,3 dias centrada perto de uma das várias fontes pontuais de raios-gama recentemente identificadas na GNM. Uma delas, chamada P3, não estava ligada a objetos vistos em quaisquer outros comprimentos de ondas, mas estava localizada perto do HMXB. Seriam o mesmo objeto?

Para resolver a questão, a equipa de Corbet observou o binário em raios-X usando o satélite Swift da NASA, em comprimentos de onda de rádio com o ATCA (Australia Telescope Compact Array), perto de Narrabri, Austrália, e no visível usando o Telescópio SOAR (Southern Astrophysical Research) de 4,1 metros em Cerro Pachón, Chile e o telescópio de 1,9 metros do SAAO (South African Astronomical Observatory), perto da Cidade do Cabo, África do Sul.


LMC P3 (no círculo) está localizado no remanescente de supernova DEM L241 situado na Grande Nuvem de Magalhães, uma pequena galáxia vizinha a 163.000 anos-luz de distância. O sistema é o primeiro binários de raios-gama descoberto noutra galáxia e o mais luminoso conhecido em raios-gama, raios-X, no rádio e no visível.
Crédito: NOAO/CTIO/MCELS, DSS

As observações do Swift revelam claramente o mesmo ciclo de emissão com a duração de 10,3 dias visto em raios-gama pelo Fermi. Também indicam que a emissão mais brilhante de raios-X ocorre no momento oposto ao do pico de raios-gama, isto é, quando um atinge o máximo, o outro atinge o mínimo. Os dados de rádio exibem o mesmo período de relação fora-de-fase com o pico de raios-gama, confirmando que LMC P3 é, de facto, o mesmo sistema investigado pelo Chandra.

"As observações óticas mostram mudanças devido ao movimento orbital do binário, mas dado que não sabemos como a órbita está inclinada no que toca à nossa linha de visão, só podemos estimar as massas individuais," afirma Jay Strader, membro da equipa e astrofísico da Universidade Estatal do Michigan em East Lansing. "A estrela tem entre 25 e 40 vezes a massa do Sol e se estamos a ver o sistema num ângulo intermédio entre o visto de lado e o visto de cima, o que parece ser mais provável, a sua companheira é uma estrela de neutrões com o dobro da massa do Sol." Se, no entanto, vemos o binário quase de lado, então a companheira deverá ser significativamente mais massiva e, portanto, um buraco negro.

Ambos os objetos formam-se quando uma estrela gigante fica sem combustível, colapsa sob o seu próprio peso e explode como uma supernova. O núcleo esmagado da estrela pode tornar-se numa estrela de neutrões, com a massa de meio milhão de Terras espremida numa bola não muito maior que uma cidade. Ou pode ser ainda mais espremida num buraco negro, com um campo gravitacional tão forte que nem a luz lhe consegue escapar.

A superfície da estrela no coração de LMC P3 tem uma temperatura que excede os 33.000 graus Celsius, mais de seis vezes a temperatura à superfície do Sol. A estrela é tão luminosa que a pressão da luz que emite, na verdade, empurra material para fora da superfície, criando fluxos de partículas com velocidades de vários milhões de quilômetros por hora.

Nos binários de raios-gama, pensa-se que a companheira compacta produza um "vento" próprio, constituído por eletrões acelerados até perto da velocidade da luz. Os fluxos em interação produzem raios-X e ondas de rádio em toda a órbita, mas estas emissões são detetadas mais fortemente quando a companheira compacta percorre a parte da sua órbita mais próxima da Terra.

O vento de eletrões também emite raios-gama, mas através de um mecanismo diferente, no qual a luz da estrela colide com eletrões altamente energéticos e recebe um impulso nos níveis de raios-gama. Com o nome de Espalhamento Compton Inverso, este processo produz mais raios-gama quando a companheira compacta passa perto da estrela no lado mais distante da sua órbita visto da nossa perspetiva.

Antes do lançamento do Fermi, pensava-se que os binários de raios-gama seriam mais numerosos do que acabaram por ser. Estão catalogados centenas de HMXBs e pensa-se que estes sistemas tenham origem em binários de raios-gama na sequência da supernova que formou o objeto compacto.

"É certamente uma surpresa detetar um binário de raios-gama noutra galáxia antes de encontrarmos mais destes na nossa," comenta Guillaume Dubus, membro da equipa e do Instituto de Planetologia e Astrofísica de Grenoble, França. "Uma possibilidade é que os binários de raios-gama que o Fermi detetou são casos raros onde uma supernova formou uma estrela de neutrões com uma rotação excecionalmente rápida, o que aumentaria a produção de partículas aceleradas e de raios-gama."



FONTE: http://www.ccvalg.pt/



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