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Um sistema binário formado por uma estrela massiva e um objeto compacto que provavelmente é um buraco negro, localizado a cerca de 24 mil anos-luz de distância na Via Láctea, revelou-se um exemplo em menor escala de alguns dos quasares mais luminosos do Universo.
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Utilizando o Explorador de Polarimetria de Raios-X (IXPE), da NASA, uma equipe internacional de pesquisadores fez descobertas significativas sobre esse sistema, que é bastante conhecido entre os astrônomos e é chamado de Cygnus X-3. Os resultados do estudo foram relatados em um artigo publicado este mês na revista Nature Astronomy.
Descoberta do sistema binário Cygnus X-3
O Cygnus X-3 foi descoberto na década de 1970, quando radiotelescópios detectaram jatos poderosos emanando da região quase à velocidade da luz. Esses jatos de rádio duram alguns dias antes de desaparecer e depois reaparecer. No início, a origem desses jatos era um mistério, pois o Cygnus X-3 está bloqueado por poeira espessa e não pode ser visto na luz visível.
Observações subsequentes em comprimentos de onda de rádio, infravermelho e raios-X revelaram que se trata de um sistema binário de raios-X. Ele envolve a transferência de matéria entre uma estrela massiva e um objeto compacto, que orbita um centro de gravidade comum. Esse objeto compacto é uma estrela de nêutrons ou, mais provavelmente, um buraco negro com uma massa cerca de cinco vezes maior que a do Sol.
A estrela massiva é uma do tipo Wolf-Rayet, que está em uma fase rara na qual emite poderosos ventos estelares, expulsando grandes volumes de sua camada externa para o espaço. Esse material é capturado por um disco de acreção ao redor do buraco negro.
A luminosidade do Cygnus X-3 é controlada por uma propriedade conhecida como Limite de Eddington. Se a taxa de acreção for muito alta, o disco de acreção se torna denso e quente, impedindo a entrada de mais material. Parte desse material é expelida de volta em forma de jatos de rádio.
Imitação do comportamento de quasares
Alguns dos quasares mais poderosos conseguem exceder esse limite, mantendo uma alta luminosidade e ainda acumulando matéria. O Cygnus X-3 parece se comportar de maneira semelhante, mas em uma escala menor.
A equipe liderada por Alexandra Veledina, da Universidade de Turku, na Finlândia, usou o IXPE para medir a polarização da luz de raios-X emitida pelo Cygnus X-3. Eles descobriram que a polarização é alta o suficiente para ser explicada apenas por raios-X espalhados dentro de uma cavidade em forma de funil no coração do disco de acreção.
“Descobrimos que o objeto compacto é cercado por um envelope de matéria densa e opaca”, disse Veledina. “A luz que observamos é um reflexo das paredes internas do funil formado pelo gás circundante, assemelhando-se a um copo com um interior espelhado”.
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O sistema Cygnus X-3 é semelhante a fontes de raios-X ultra-luminosas (ULXs), que são observadas como pontos brilhantes em galáxias distantes. Essas ULXs têm suas emissões amplificadas pelo efeito de foco do funil circundante, parecido com um megafone. “Os ULXs são normalmente observados como pontos luminosos nas imagens de galáxias distantes”, explicou Juri Poutanen, membro da equipe do estudo. “Devido às grandes distâncias, eles parecem relativamente fracos para telescópios de raios-X”. O Cygnus X-3, por estar mais próximo, serve como um modelo para entender melhor esses ULXs distantes.
As explosões do Cygnus X-3 são intermitentes devido à órbita elíptica da estrela Wolf-Rayet em torno do buraco negro. O IXPE detectou que, quando o Cygnus X-3 está na fase ULX, a polarização atinge 24,9%, caindo para 10,4% quando o sistema está menos ativo. Isso sugere que a estrutura do funil muda com a taxa de acreção.
A equipe planeja novas observações para capturar o colapso do funil, sinalizado por uma queda na polarização para quase zero.
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