O Comportamento Único de Raios-X do RX J0440.9+4431

RX J0440.9+4431, também conhecido como LS V +44 17, é um tipo de sistema estelar que tem tanto uma estrela de nêutrons quanto uma estrela Be. Esse sistema é único e tem um longo período orbital de 150 dias. A estrela de nêutrons é um remanescente denso de uma estrela massiva, enquanto a estrela Be é um tipo de estrela bem maior e mais quente.

Em dezembro de 2022, uma Explosão repentina de energia em raios X foi detectada neste sistema, o que foi notado pelo observatório MAXI. Essa explosão atingiu seu máximo no início de janeiro de 2023 e depois começou a diminuir. No entanto, depois brilhou de novo, com o brilho em raios X superando 1 Crab, que é uma unidade de medida para o brilho em raios X, durante esse segundo pico. Observações usando o satélite AstroSat foram realizadas de 11 a 12 de janeiro de 2023, durante o período desse brilho. O objetivo dessas observações era detectar emissões em raios X na faixa de 3-80 keV usando o detector LAXPC do AstroSat. As descobertas revelaram um período de pulso de cerca de 208 segundos, indicando que a estrela de nêutrons estava emitindo mais energia na faixa de raios X mais suaves. O comportamento das emissões em raios X foi analisado usando um modelo específico que incluía características tanto da estrela de nêutrons quanto do gás ao seu redor.

#Tipos de Binários de Raios X

Os binários de raios X (XRBs) são sistemas fascinantes no espaço onde um objeto compacto, como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, interage com uma estrela comum. O objeto compacto puxa material da estrela companheira, o que cria raios X à medida que cai no forte campo gravitacional.

Esses sistemas podem ser categorizados em dois tipos principais: binários de raios X de baixa massa (LMXBs) e binários de raios X de alta massa (HMXBs). Nos LMXBs, a estrela companheira é menos massiva do que a estrela de nêutrons ou o buraco negro. Nos HMXBs, a companheira é mais massiva, tipicamente uma estrela gigante.

Entre os HMXBs, existem outras classificações. Um tipo é o binário Be/X-ray (BeXBs), onde a estrela companheira é uma estrela Be, conhecida por sua rápida rotação e as emissões únicas que produz. A presença de uma estrela de nêutrons é o que define um BeXB. Esses sistemas costumam mostrar explosões periódicas de energia em raios X, que podem estar ligadas às condições em mudança na área ao redor da estrela Be.

RX J0440.9+4431 foi descoberto em 1997 durante um levantamento e foi identificado como um BeXB. Ele exibe fortes emissões em raios X e pulsações, confirmando sua identidade como um pulsar de raios X. A estrela companheira neste sistema, classificada como uma estrela Be, tem características que influenciam o comportamento das emissões em raios X.

#Comportamento de Raios X do RX J0440.9+4431

RX J0440.9+4431 mostrou um padrão de explosões ao longo dos anos. Uma explosão significativa de raios X foi registrada em 29 de dezembro de 2022. Isso levou a uma campanha de monitoramento em múltiplas comprimentos de onda envolvendo vários observatórios espaciais. A explosão aumentou significativamente, atingindo uma luminosidade máxima de 2 Crab apenas algumas semanas depois. A fonte dessa explosão foi estudada usando dados do AstroSat, que ajudaram a fornecer uma visão sobre as condições ao redor da estrela de nêutrons.

As emissões em raios X dessa fonte não são consistentes e variam com base na quantidade de material sendo transferido da estrela Be. Durante períodos de alta atividade, como durante uma explosão, a estrela de nêutrons interage com mais material da estrela companheira, resultando em brilho e emissões em raios X aumentados.

#O Papel do AstroSat

O AstroSat é o primeiro observatório espacial indiano dedicado a múltiplos comprimentos de onda. Foi lançado em 2015 e vem observando vários objetos astronômicos desde então. Entre seus instrumentos está o Contador Proporcional de Raios X de Grande Área (LAXPC), que é crucial para detectar raios X em uma ampla faixa de energia. O LAXPC usa gás para detectar raios X e pode medir sua intensidade e energia com alta precisão.

As observações recentes do RX J0440.9+4431 foram feitas por esse instrumento durante um momento crucial, quando o sistema estava passando por intensas emissões em raios X. Os dados dessas observações foram analisados para criar curvas de luz que refletem as mudanças no brilho ao longo do tempo.

#Redução e Análise de Dados

O processo de análise de dados do AstroSat envolve várias etapas. Primeiro, os dados brutos coletados pelo LAXPC precisam ser processados para filtrar ruídos e interferências de fundo. Isso é feito usando software especializado que converte as leituras brutas em dados utilizáveis. As curvas de luz resultantes mostram como o brilho da fonte muda ao longo do tempo.

A análise também observa como a intensidade dos raios X varia entre diferentes faixas de energia. Isso ajuda os cientistas a entender como os processos físicos ao redor da estrela de nêutrons e da estrela Be interagem.

As curvas de luz geradas a partir dos dados mostraram fortes flutuações na intensidade dos raios X, particularmente durante as explosões. Uma característica notável da análise foi a descoberta de um período de pulso correspondente à rotação da estrela de nêutrons, que foi medida em cerca de 208 segundos. Isso indica que a estrela de nêutrons está girando em um padrão muito regular, intimamente ligado ao seu processo de acreção.

#Resultados das Observações do AstroSat

As descobertas das observações do AstroSat fornecem informações valiosas sobre o sistema RX J0440.9+4431. Durante a explosão, as emissões em raios X foram principalmente detectadas em níveis de energia mais baixos, sugerindo um mecanismo relacionado à acreção de disco frio. Isso significa que o material que cai sobre a estrela de nêutrons não é aquecido a temperaturas extremamente altas antes de alcançar a estrela.

Além disso, o estudo não encontrou sinais de características de absorção estreitas, como linhas de ciclotron, que haviam sido notadas em pesquisas anteriores. Em vez disso, os dados indicaram que uma mistura de modelos poderia descrever com precisão o espectro de raios X, composto por absorção interestelar e radiação tanto da estrela de nêutrons quanto do material ao seu redor.

A presença de uma linha de ferro em cerca de 6.4 keV sugere interação entre os raios X de alta energia e a matéria mais fria, provavelmente em um estado neutro. Isso reflete as complexidades do ambiente ao redor do RX J0440.9+4431 durante a explosão.

#Conclusão

A investigação do RX J0440.9+4431 pelo AstroSat trouxe à luz a dinâmica dentro desse sistema binário único Be/X-ray durante uma explosão significativa. O estudo destacou uma transição de um estado de atividade mais baixo para um estado mais alto, caracterizado por emissões aumentadas de raios X e mudanças no comportamento. As descobertas também indicaram que a estrela de nêutrons está gradualmente desacelerando, como evidenciado pelo período de pulso mais longo medido em comparação com estudos anteriores.

No geral, os dados produzidos durante essa pesquisa contribuem para nossa compreensão dos comportamentos intrincados dos binários Be/X-ray e dos mecanismos que impulsionam suas explosões. A colaboração de múltiplos observatórios e as capacidades do AstroSat se mostraram essenciais para desvendarem as complexas interações dentro desse sistema estelar.