Um arco de luz em raios X detectado pelo Observatório Chandra de Raios X da NASA proporcionou uma rara oportunidade de medir com precisão a distância até um objeto no outro lado da Via Láctea. Os aneis excedem o campo de visão dos detectores do Chandra, resultando em uma iamgem parcial de dados de raios-X.
Astrônomos descobriram, com o uso do Observatório Chandra de Raios X da NASA o maior e mais brilhante conjunto de aneis de ecos de luz de raios X até hoje observado. Esses extraordinários aneis, produzidos por uma intensa labareda de uma estrela de nêutrons, proporcionam aos astrônomos uma rara chance de determinar quão distante da Terra a estrela está através da Via Láctea.
Os aneis aparecem como círculos ao redor de Circinus X-1, um sistema estelar duplo no plano de nossa galáxia contendo uma estrela de nêutrons, os densos remanescentes de uma grande estrela pulverizada em uma explosão de supernova. A estrela de nêutrons está em órbita com outra grande estrela, e está oculta por espessas nuvens de gás e poeira interstelares. Circinus X-1 é também a fonte de um surpreendentemente potente jato de partículas de alta energia.
“É realmente difícil obter medições de distãncia precisos em astronomia quando só se tem um punhado de métodos,” disse Sebastian Heinz da Universidade de Wisconsin em Madison, que chefiou o estudo. “Mas, assim como os morcegos usam o sonar para triangular sua localização, nós podemos usar os raios X de Circinus X-1 para descobrirmos exatamente onde está.”
O eco de luz mostra que Circinus X-1 está localizado a cerca de 30.700 anos-luz da Terra, e estabele a diferença em resultados publicados em estudos anteriores. A detecção e caracterização dos aneis exigiu as capacidades exclusivas do Chandra — a capacidade de detectar finos detalhes combinada com a sensibilidade a sinais fracos.
Os pesquisadores determinaram que os aneis são ecos de um jato de raios X emitido port Circinus X-1 no final de 2013. O jato refletiu em nuvens de poeira intermediárias, com alguns raios X refletidos chegando à Terra de ângulos differentes, com um retardo de tempo de cerca de um a três meses, criando os aneis observados.
Ao comparar os dados do Chandra a imagen anteriores de nuvens de poeira detectadas pelo radiotelescópio Mopra na Austrália, os pesquisadores determinaram que cada anel foi criado pelos reflexos de raios X de uma nuvem de poeira diferente. Os dados de rádio fornecem a distância até as diferentes nuvens e o eco de raios X determina a localizaçao de Circinus X-1 relativa às nuvens. Uma análise dos aneis com os dados de rádio combinados permite aos pesquisadores usar geometria simples para determinar com precisão a distância entre Circinus X-1 e a Terra.
“Nós gostamos de chamar esses sistema de ‘Senhor dos Aneis,’ mas isso não tem nada a ver com Sauron,” disse o coautor Michael Burton da Universidade de New South Wales, em Sydney, Austrália. “A bela combinação entre os aneis de raios X do Chandra e as imagens de rádio do Mopra das diferentes nuvens é realmente uma novidade em astronomia.”
Esse novo cálculo de distância significa que Circinus X-1 é inerentemente muito mais brilhante em raios X e outros tipos de luz do que alguns cientistas acreditavam, e indica que o sistema estelar passou repetidamente por um limite crucial de brilhosidade no qual a pressão da radiação para fora pelo sistema é equilibrada pela atração da gravidade para dentro. Esse comportamento é algo que os astrônomos geralmente veem mais frequentemente em sistemas contendo buracos negros do que em sistemas como Circinus X-1, que contêm uma estrela de nêutrons.
Os pesquisadores também determinaram que a velocidade do jato de partículas de alta energia produzidas pelo sistema é de, pelo menos, 99,9% da velocidade da luz. Essa velocidade extrema é normalmente associada a jatos produzidos por buracos negros.
“Circinus X-1 atua, de algumas formas, como uma estrela de nêutrons e, de outras, como um buraco negro,” disse a coautora Catherine Braiding, também da Universidade de New South Wales. “É algo extremamente incomum encontrar um objeto com tal mistura dessas propriedades.”
Acredita-se que Circinus X-1 tenha originalmente se tornado uma fonte de raios X há uns 2.500 anos, vista da Terra. Isso torna Circinus X-1 o mais jovem chamado raios-X binário conhecido. Os novos dados do Chandra permitem aos astrônomos fazer um detalhado mapa tridimensional das nuvens de poeira entre Circinus X-1 e nós, fornecendo uma valiosa sonda da estrutura da galáxia.
Tradução de Luiz Leitão da Cunha
A light echo in X-rays detected by NASA’s Chandra X-ray Observatory has provided a rare opportunity to precisely measure the distance to an object on the other side of the Milky Way galaxy. The rings exceed the field-of-view of Chandra’s detectors, resulting in a partial image of X-ray data.
The rings appear as circles around Circinus X-1, a double star system in the plane of our galaxy containing a neutron star, the dense remnant of a massive star pulverized in a supernova explosion. The neutron star is in orbit with another massive star, and is shrouded by thick clouds of interstellar gas and dust. Circinus X-1 is also the source of a surprisingly powerful jet of high-energy particles.
“It’s really hard to get accurate distance measurements in astronomy and we only have a handful of methods,” said Sebastian Heinz of the University of Wisconsin in Madison, who led the study. “But just as bats use sonar to triangulate their location, we can use the X-rays from Circinus X-1 to figure out exactly where it is.”
The light echo shows that Circinus X-1 is located about 30,700 light years from Earth, and settles the difference in results published in prior studies. The detection and characterization of the rings required the unique capabilities of Chandra -- the ability to detect fine details combined with sensitivity to faint signals.
Researchers determined that the rings are echoes from a burst of X-rays emitted by Circinus X-1 in late 2013. The burst reflected off intervening clouds of dust, with some reflected X-rays arriving to Earth from different angles at a time delay of about one to three months, creating the observed rings.
By comparing the Chandra data to prior images of dust clouds detected by the Mopra radio telescope in Australia, the researchers determined that each ring was created by the X-ray reflections off a different dust cloud. The radio data provides the distance to the different clouds and the X-ray echo determines the location of Circinus X-1 relative to the clouds. An analysis of the rings with the combined radio data allows researchers to use simple geometry to accurately determine the distance of Circinus X-1 from Earth.
“We like to call this system the ‘Lord of the Rings,’ but this one has nothing to do with Sauron,” said co-author Michael Burton of the University of New South Wales in Sydney, Australia. “The beautiful match between the Chandra X-ray rings and the Mopra radio images of the different clouds is really a first in astronomy.”
This new distance estimate means that Circinus X-1 is inherently much brighter in X-rays and other types of light than some scientists previously thought, and indicates that the star system has repeatedly passed a key threshold for brightness where the outward pressure from radiation by the system is balanced by the inward pull of gravity. This behavior is something astronomers generally see more often in systems containing black holes than in systems like Circinus X-1 that contain a neutron star.
The researchers also determined that the speed of the jet of high-energy particles produced by the system is at least 99.9% of the speed of light. This extreme velocity is usually associated with jets produced by a black hole.
“Circinus X-1 acts in some ways like a neutron star and in some like a black hole,” said co-author Catherine Braiding, also of the University of New South Wales. “It’s extremely unusual to find an object that has such a blend of these properties.”
Circinus X-1 is thought to have originally become an X-ray source about 2,500 years ago, as seen from Earth. This makes Circinus X-1 the youngest so-called X-ray binary known. The new Chandra data allows astronomers to make a detailed three-dimensional map of the dust clouds between Circinus X-1 and us, providing a valuable probe of the structure of the galaxy.
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