Novas Descobertas sobre Sistema Binário de Raios-X Detectado pelo MAXI

Todo ano, um instrumento chamado MAXI a bordo da Estação Espacial Internacional observa várias fontes de raios X no espaço. Ele consegue descobrir novas fontes que brilham de repente. Um tipo de fonte que ele encontra é chamado de Binários de Raios X, que geralmente consistem em um objeto pequeno e denso, como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, puxando material de uma estrela companheira. À medida que o material espirala para o objeto denso, ele libera uma grande quantidade de energia e emite raios X que podem ser detectados.

No dia 18 de junho de 2022, o MAXI detectou uma nova fonte de raios X, que foi confirmada mais tarde pelo Observatório Swift. As observações iniciais indicaram que essa fonte é provavelmente um binário de raios X. Após observações contínuas, ficou claro que a fonte mostrava um padrão, com sinais de comportamento periódico a cada poucos dias. Contudo, foi complicado acompanhá-la de perto no começo por causa da sua posição perto do Sol.

No dia 21 de junho de 2022, uma observação mais próxima feita pelo NuSTAR, outro telescópio espacial, confirmou que a fonte era de fato uma estrela de nêutrons em acreção. Isso foi indicado pela detecção de pulsações fortes em sua luz, ligando-a diretamente a um tipo conhecido de binário de raios X chamado binários Be de raios X.

Os binários Be de raios X consistem em uma estrela de nêutrons que puxa matéria de uma estrela Be. Esses sistemas frequentemente mostram explosões repentinas de emissões de raios X, e seu comportamento pode variar bastante. As explosões podem durar dias ou até semanas, tornando-os alvos interessantes para pesquisa.

#Padrões de Emissão de Raios X

As observações do MAXI ao longo de 100 dias, de 21 de maio a 29 de agosto de 2022, mostraram uma quantidade significativa de variação nas emissões de raios X. Os dados revelaram que a fonte passou por uma grande explosão, com picos e vales bem visíveis. Cada pico indicava um período de atividade intensa.

As observações também notaram que, à medida que a fonte emitia raios X, a qualidade do sinal mudava. As emissões máximas foram observadas quando a fonte estava ativa, levando a flutuações no brilho. Essas mudanças foram ainda mais complicadas pela maneira como os pulsos de raios X foram amostrados, criando uma ilusão de padrões irregulares ao longo do tempo.

#Variabilidade nas Emissões

A variabilidade das curvas de luz de raios X sugeriu que o que parecia um comportamento caótico poderia na verdade vir das fortes pulsações da estrela de nêutrons. Na verdade, as flutuações da luz provavelmente surgiram da forma como as emissões da estrela rotativa se alinhavam com os períodos em que o MAXI estava observando ativamente.

Durante as primeiras observações feitas pelo NuSTAR, sinais significativos e repetidos foram capturados. As pulsações tinham um período de cerca de 1100 segundos, indicando que a estrela de nêutrons estava girando cada vez mais rápido enquanto puxava material da estrela companheira. Esse efeito de aceleração é típico de estrelas de nêutrons em sistemas semelhantes.

#Dados de Pulsação

Nas duas observações feitas pelo NuSTAR, as pulsações mostraram um aumento na frequência, o que significa que a estrela de nêutrons estava girando mais rápido com o tempo. Essa mudança no período de rotação era uma evidência clara do processo de acreção em andamento que afetava a taxa de rotação da estrela de nêutrons.

Ao combinar os dados do MAXI e do NuSTAR, os pesquisadores conseguiram construir um quadro mais claro do comportamento da fonte. Os resultados mostraram que o que parecia uma curva de luz complicada observada pelo MAXI era, na verdade, devido à forma como as pulsações foram amostradas e registradas.

#Força do Campo Magnético

Um dos aspectos importantes do estudo de estrelas de nêutrons envolve estimar a força do seu campo magnético. Isso pode ser feito por vários métodos, sendo a análise das pulsações e das emissões espectrais fundamentais.

#Característica de Dispersão de Ressonância Ciclotron

Um método envolve detectar características específicas no espectro de luz da estrela de nêutrons conhecidas como características de dispersão de ressonância ciclotron (CRSF). Essas características podem fornecer uma visão direta sobre o campo magnético em torno da estrela de nêutrons. Nas observações, houve sinais de uma característica de absorção que poderia estar ligada a essa dispersão, ajudando a estimar a força do campo magnético.

#Oscilações Quase-Periódicas

Outra abordagem utiliza oscilações quase-periódicas (QPOs), que refletem mudanças ocorrendo perto da borda interna do disco de acreção. Ao correlacionar essas oscilações com outros parâmetros observados, os pesquisadores podem criar equações que ajudam a estimar a força do campo magnético.

#Relação entre Spin-Up e Luminosidade

O último método para estimar o campo magnético envolve examinar a relação entre a luminosidade do pulsar e sua taxa de aceleração. Os dados coletados das observações indicaram uma clara correlação positiva entre a velocidade com que a estrela de nêutrons estava acelerando e a quantidade de luz de raios X que estava emitindo.

#Modelagem do Espectro de Raios X

Para analisar as emissões da estrela de nêutrons de forma mais profunda, os pesquisadores realizaram uma análise espectral das observações. Ao ajustar os dados a modelos espectrais conhecidos, eles puderam derivar vários parâmetros que descrevem os processos físicos que ocorrem no sistema.

Os resultados indicaram uma mudança nas propriedades espectrais das emissões entre as duas observações. A primeira observação mostrou um corte de alta energia nas emissões, enquanto a segunda apresentou um perfil diferente, sugerindo mudanças nos mecanismos físicos subjacentes à medida que a explosão progredia.

#Estimando o Campo Magnético

Através dos métodos mencionados, os pesquisadores conseguiram fornecer estimativas da força do campo magnético na superfície da estrela de nêutrons. Diferentes abordagens geraram estimativas variadas, com algumas indicando valores típicos para conhecidos binários Be de raios X.

As estimativas revelaram um campo magnético forte que desempenha um papel crucial no processo de acreção. Isso indicou que poderia haver interações significativas entre o campo magnético e o material que cai, afetando como a estrela de nêutrons gira e emite energia.

#Conclusão

Os eventos em torno da explosão do binário Be de raios X detectado pelo MAXI e observado pelo NuSTAR oferecem valiosas percepções sobre a dinâmica das estrelas de nêutrons e suas interações com estrelas companheiras. As observações abrangentes capturaram a complexidade do sistema, revelando como a estrela de nêutrons acelera rapidamente enquanto puxa material.

Os estudos em andamento de sistemas semelhantes continuam a aprimorar nosso entendimento das leis físicas que regem esses ambientes extremos. As descobertas da análise não apenas contribuem para nosso conhecimento sobre estrelas de nêutrons, mas também abrem caminho para futuras pesquisas, especialmente para desvendar os mistérios em torno de seus fortes campos magnéticos e comportamentos únicos.