Usando a Missão de Imagem e Espectroscopia de Raios-X liderada pelos japoneses (XRISM), os astrônomos examinaram profundamente um fascinante sistema binário que se acredita conter um buraco negro “oculto” e uma estrela massiva soprando fortes ventos estelares.
O telescópio de raios X XRISM, operado em conjunto pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) e pela NASA, criou o mapa mais detalhado até agora dos gases que fluem através deste sistema, denominado Cygnus X-3. Cygnus X-3 está localizado a cerca de 32.000 anos-luz de distância, na direção da constelação norte de Cygnus, o Cisne.
“Para o XRISM (pronuncia-se “crism”), Cygnus X-3 é um alvo Cachinhos Dourados – seu brilho é ‘perfeito’ na faixa de energia onde o XRISM é especialmente sensível”, disse Timothy Kallman, membro da equipe e astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA, em uma declaração. “Esta fonte incomum foi estudada por todos os satélites de raios X já voados, portanto observá-la é uma espécie de rito de passagem para novas missões de raios X.”
Os dois ocupantes deste sistema, um suposto buraco negro e uma estrela massiva, estão tão próximos que completam uma órbita em torno um do outro em pouco menos de 5 horas. Esta proximidade significa que a estrela massiva parece estar em processo de ser devorada pelo seu remanescente estelar compacto, que é provavelmente um buraco negro. Indiscutivelmente, o aspecto mais fascinante de Cygnus X-3 é a própria estrela massiva que orbita este misterioso remanescente estelar morto.
“A natureza da estrela massiva é um fator que torna Cygnus X-3 tão intrigante”, disse o líder da equipe e pesquisador do Goddard Space Flight Center da NASA, Ralf Ballhausen, no comunicado. “É uma estrela Wolf-Rayet, um tipo que evoluiu até o ponto em que fortes fluxos chamados ventos estelares retiram o gás da superfície da estrela e o empurram para fora. O objeto compacto varre e aquece parte desse gás, fazendo com que emita X -raios.”
Os ventos sopram a 1.000 vezes a velocidade do som em Cygnus X-3
Os raios X são úteis para estudar Cygnus X-3 porque este sistema é obscurecido por espessas nuvens de poeira no plano central da Via Láctea, que absorvem luz visível. A luz de alta energia, como os raios X e os raios gama, pode penetrar nessas nuvens, assim como a luz de baixa energia, como as ondas de rádio.
Cygnus X-3 também está envolto em fluxo de gás de sua massiva estrela ocupante. Os raios X em torno do suposto buraco negro ionizam este envelope de gás, fazendo com que o próprio material emita raios X.
O XRISM estudou Cygnus X-3 por cerca de 18 horas em março de 2024 usando seu instrumento Resolve. Isto permitiu obter um espectro de alta resolução que revela a complexa dinâmica do gás em jogo em Cygnus X-3, incluindo o fluxo de gás produzido pela quente e massiva estrela Wolf-Rayet.
O mapeamento do gás também mostrou como este gás interage com o suposto buraco negro em Cygnus X-3. A equipa também viu como é gerada uma região turbulenta em Cygnus X-3 que parece ser o resultado deste remanescente estelar compacto mergulhando através do gás da estrela Wolf-Rayet.
O espectro observado pelo XRISM é difícil de interpretar porque alguns dos seus picos e vales parecem estar deslocados. Isto é o resultado do movimento rápido do gás, que faz com que os comprimentos de onda da luz do gás sejam “desviados para o vermelho” se estiver se afastando da Terra e “desviados para o azul” se estiver se dirigindo em direção ao nosso planeta.
A maior parte do gás no Cygnus X-3 apresenta desvio para o azul, indicando que se está a mover na nossa direção, com a equipa de cientistas a estimar que se desloca a velocidades de cerca de 1,5 milhões de quilómetros por hora. Isso é cerca de 1.000 vezes a velocidade do som quando medida aqui na Terra.
Os dados obtidos pela sonda XRISM indicaram que a pequena quantidade de gás em Cygnus X-3 que se afasta da Terra o faz a uma velocidade muito mais lenta.
A equipe também descobriu que as características do espectro obtido do gás em Cygnus X-3 indicavam uma absorção mais forte de fótons, as partículas fundamentais da luz, do que a emissão.
Usando características produzidas pelo ferro ionizado, Ballhausen e colegas concluíram que a dinâmica do vento estelar permite que o gás em movimento deste sistema binário absorva uma gama mais ampla de energias de raios X emitidas pelo remanescente estelar compacto na companheira Cygnus X-3.
“A chave para adquirir este detalhe foi a capacidade do XRISM de monitorar o sistema ao longo de várias órbitas”, disse Brian Williams, cientista do projeto XRISM da NASA. “Há muito mais para explorar neste espectro e, em última análise, esperamos que nos ajude a determinar se o objeto compacto de Cygnus X-3 é de facto um buraco negro.”
A pesquisa da equipe será publicada no Astrophysical Journal.