Os binários de raios-X são sistemas compostos por uma estrela normal e uma estrela colapsada – uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. A matéria que cai da estrela normal para a estrela colapsada fica tão quente que emite raios-X abundantes. Quando a luminosidade desses raios-X é alta, as instabilidades que ocorrem podem nos ajudar a entender as condições extremas encontradas nas proximidades de estrelas colapsadas. Em um estudo recente, os pesquisadores relatam padrões de variabilidade no sistema de estrelas de nêutrons Swift J1858.6−0814, anteriormente considerados únicos para o buraco negro GRS 1915+105.
O padrão de raios-X emitido pelo GRS 1915+105 é semelhante a um eletrocardiograma e exibe uma característica chamada variabilidade do tipo β ou “batimento cardíaco”. Essa variabilidade é resultado direto da taxa flutuante de acreção de matéria no buraco negro. Isso leva à rápida depleção e reabastecimento do disco de acreção interno, causando variações na emissão de raios-X e resultando em uma instabilidade dinâmica conhecida como ciclo limite.
Um ciclo limite descreve um conjunto definido de comportamentos pelos quais um sistema dinâmico passa, sem explorar outras possibilidades. No caso do GRS 1915+105, o ciclo limite pode ser entendido em termos de mudanças no raio do disco interno, que varia conforme o disco se esgota e se enche novamente. Essas mudanças ocorrem devido à interação entre a gravidade e a pressão da radiação no fluxo de acreção.
Os pesquisadores realizaram uma campanha ambiciosa para obter observações de multi-comprimentos de onda do sistema binário de raios-X de estrelas de nêutrons Swift J1858.6−0814. O sistema, descoberto em outubro de 2018, era uma escolha excelente para o estudo, sendo muito brilhante e apresentando emissão altamente variável.
Um dos principais resultados da campanha foi a descoberta de “batimentos” na emissão de raios-X, infravermelho, óptico e ultravioleta do Swift J1858.6−0814. Esse padrão de variabilidade era muito semelhante à variabilidade do tipo β observada em raios-X do GRS 1915+105.
Os autores propõem um modelo para explicar as propriedades multi-comprimentos de onda observadas em ambas as fontes. O modelo sugere que as mudanças no tamanho do disco de acreção induzem rápida variabilidade nos raios-X de ambos os sistemas, mas essa variabilidade é menos óbvia no sistema de estrela de nêutrons devido à obscuridade do disco interno. Os jatos que se formam durante a depleção do disco do GRS 1915+105 podem ser observados diretamente como emissões infravermelhas e de rádio, enquanto os jatos ejetados do disco do Swift J1858.6−0814 são obscurecidos e observados apenas como “batimentos” de radiação reemitida em frequências ópticas e ultravioleta.
A emissão em batimento não é observada no GRS 1915+105 porque seu disco de acreção é maior do que o do Swift J1858.6−0814 e está orientado de maneira diferente em relação à Terra. Além disso, há material absorvente no sistema de estrela de nêutrons que não está presente no sistema de buraco negro, embora as razões para isso sejam desconhecidas.
Os pesquisadores argumentam que esse cenário físico poderia ser válido para todos os buracos negros e estrelas de nêutrons em acreção com alta luminosidade. Tal conclusão exigirá mais suporte de outras fontes, mas está claro que instabilidades de acreção, jatos e a presença de material obscuro são três aspectos a serem observados ao estudar objetos em acreção com alta luminosidade.
Embora a proposta dos autores seja plausível, as simulações de computador ainda não conseguem reproduzir tais modelos de instabilidade em detalhes. São necessárias mais observações, tanto para confirmar as previsões do modelo quanto – talvez mais importante – para melhor restringir os parâmetros do modelo.
A conquista dos pesquisadores nesse trabalho só foi possível graças ao uso de cinco telescópios, em locais na Terra e no espaço, observando sinais da mesma fonte em diferentes frequências. Campanhas coordenadas como essa são difíceis de organizar, em parte devido à visibilidade determinada pela posição de uma fonte em relação à Terra e às condições meteorológicas locais em cada instalação. No entanto, elas também são complicadas pela programação, que é determinada pelo tempo disponível para cada instalação observar a fonte e pelas várias comissões de revisão que concedem o tempo de observação. Confirmar que binários de alta luminosidade compartilham um mecanismo de acreção comum será, portanto, um desafio. Enquanto isso, o Swift J1858.6−0814 sugere que isso é possível, e tal possibilidade é certamente intrigante.
O estudo representa um passo importante na compreensão das instabilidades de acreção em sistemas binários de raios-X, apresentando evidências de um mecanismo compartilhado entre buracos negros e estrelas de nêutrons. Embora ainda sejam necessárias mais observações e estudos para confirmar essa teoria, a pesquisa atual oferece uma visão intrigante das complexidades e comportamentos dos sistemas estelares e abre caminho para novas descobertas no campo da astrofísica.
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