Sistema Cygnus X-3 revela segredos da luz de quasares distantes

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.

Usando o Explorador de Polarimetria de Raios-X (IXPE) da NASA, uma equipe internacional de pesquisadores fez descobertas significativas sobre este sistema, que é bem conhecido entre os astrônomos e é chamado Cygnus X-3. Os resultados do estudo foram divulgados em artigo publicado este mês na revista Astronomia da Natureza.

Descoberta do sistema binário Cygnus X-3

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 reaparecer. No início, a origem destes jatos era um mistério, pois 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. Envolve a transferência de matéria entre uma estrela massiva e um objeto compacto orbitando um centro de gravidade comum. Este objeto compacto é uma estrela de nêutrons ou, mais provavelmente, um buraco negro com massa cerca de cinco vezes a do Sol.

A estrela massiva é uma estrela Wolf-Rayet, que se encontra numa rara fase em que emite poderosos ventos estelares, expelindo grandes volumes da sua camada exterior para o espaço. Este 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 torna-se denso e quente, impedindo a entrada de mais material. Parte desse material é expelido de volta na forma de jatos de rádio.

Imitando o comportamento dos quasares

Alguns dos quasares mais poderosos conseguem ultrapassar esse limite, mantendo uma luminosidade elevada e ainda acumulando matéria. O Cygnus X-3 parece se comportar de maneira semelhante, mas em menor escala.

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 pelos raios X espalhados dentro de uma cavidade em forma de funil no coração do disco de acreção.

“Descobrimos que o objeto compacto está rodeado 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, lembrando um vidro com interior espelhado.”

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O sistema Cygnus X-3 é semelhante às fontes de raios X ultraluminosas (ULXs), que são observadas como pontos brilhantes em galáxias distantes. Esses ULXs têm suas emissões amplificadas pelo efeito de foco do funil circundante, semelhante a um megafone. “Os ULXs são normalmente observados como pontos brilhantes em imagens de galáxias distantes”, explicou Juri Poutanen, membro da equipe de estudo. “Devido às grandes distâncias, eles parecem relativamente fracos para os telescópios de raios X.” Cygnus X-3, por estar mais próximo, serve de modelo para melhor compreender essas ULXs distantes.

As erupções de Cygnus X-3 são intermitentes devido à órbita elíptica da estrela Wolf-Rayet em torno do buraco negro. O IXPE detectou que quando Cygnus X-3 está na fase ULX, a polarização chega a 24,9%, caindo para 10,4% quando o sistema está menos ativo. Isto sugere que a estrutura do funil muda com a taxa de acréscimo.

A equipa planeia novas observações para captar o colapso do funil, sinalizado por uma queda na polarização para perto de zero.