Escorpião X-1: Astrônomos podem em breve detectar objetos extremos produzindo ondas gravitacionais continuamente

O zoológico cósmico contém objetos tão bizarros e extremos que geram ondas gravitacionais. Scorpius X-1 faz parte dessa estranha coleção. 

O conceito de um artista de um par binário onde uma estrela menor está alimentando uma estrela de nêutrons. Perturbações na estrela de nêutrons podem estar enviando uma onda constante de ondas gravitacionais através do espaço. Crédito: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)

Na verdade, é um par binário: uma estrela de nêutrons orbitando com uma companheira estelar de baixa massa chamada V818 Scorpii. O par fornece um alvo principal para os cientistas que procuram as chamadas ondas gravitacionais “contínuas”. Essas ondas deveriam existir, embora nenhuma tenha sido detectada – ainda.

“Scorpius X-1 é uma das fontes mais promissoras para detectar essas ondas gravitacionais contínuas”, disse o professor John Whelan, da Escola de Ciências Matemáticas do Rochester Institute of Technology. grupo de cientistas focado na detecção direta de ondas gravitacionais. LIGO é o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser, situado no estado de Washington e na Louisiana. Virgo (na Itália) e KAGRA (no Japão) também estão procurando por ondas gravitacionais, muitas vezes em conjunto com LIGO.

Caçando ondas gravitacionais em Scorpius X-1

A equipe de Whelan usou dados da terceira observação do LIGO-Virgo em sua busca por ondas gravitacionais contínuas de Scorpius X-1. “Está bem perto, a apenas 9.000 anos-luz de distância”, disse Whelan. 1. raios porque a matéria gasosa da estrela companheira é puxada para a estrela de nêutrons.”

Apesar de seu brilho, a equipe não detectou uma onda contínua de ondas gravitacionais de Scorpius X-1. Isso não significa que as ondas não estejam lá. Na verdade, seus dados fornecem importantes balizas enquanto planejam mais observações do par Isso os ajudou a melhorar sua metodologia de busca e deve resultar na detecção dessas ondas indescritíveis.

“Esta pesquisa produziu a melhor restrição até agora sobre a possível força das ondas gravitacionais emitidas pelo Scorpius X-1”, disse Jared Wofford, candidato a Ph.D. em ciências astrofísicas e tecnologia. “Pela primeira vez, esta pesquisa agora é sensível . aos modelos do possível cenário de equilíbrio de torque do sistema, que afirma que os torques da onda gravitacional e o acréscimo de matéria na estrela de nêutrons estão em equilíbrio. Nos próximos anos, esperamos melhores sensibilidades de mais dados obtidos pelo Advanced LIGO observando execuções investigando mais profundamente o cenário de equilíbrio de torque na esperança de fazer a primeira detecção de onda contínua.”

A concepção artística de uma estrela de nêutrons mostra um esquema de seu campo magnético e possíveis jatos de material escapando dos pólos. No sistema Scorpius X-1, a estrela de nêutrons é emparelhada com uma estrela de baixa massa. O material escapa da estrela menor na superfície da estrela de nêutrons. Irregularidades na superfície da estrela de nêutrons podem desempenhar um papel na criação de ondas gravitacionais. Crédito: Kevin Gill, Attribution 2.0 Generic (CC BY 2.0)

O sistema Scorpius X-1

Scorpius X-1 é a fonte de raios X mais forte em nosso céu (depois do sol). Os astrônomos a descobriram em 1962, quando enviaram um foguete de sondagem com um detector de raios X para o espaço. Ao longo dos anos, eles descobriram que sua as fortes emissões de raios-X vêm de uma estrela de nêutrons de 1,4 massa solar que está engolindo a matéria que flui de sua companheira menor de 0,4 massa solar. O forte campo gravitacional da estrela de nêutrons acelera o material estelar conforme ele cai sobre a estrela. A matéria e faz com que emita raios-X.

Embora o sistema seja um forte emissor de raios X e seja brilhante em luz óptica, na verdade é classificado como um binário de raios X de baixa massa. Os dois objetos têm um período orbital de 18,9 horas. Não está claro se eles se formaram juntos no início de sua história. Alguns astrônomos sugerem que eles poderiam ter se reunido quando uma estrela supermassiva e a pequena companheira tiveram um encontro próximo em um ambiente de aglomerado global. A companheira maior acabou explodindo como uma supernova, que criou a estrela de nêutrons.

Usando ondas gravitacionais para entender o par binário Scorpius X-1

A maioria de nós está familiarizada com as ondas gravitacionais geradas pela fusão de buracos negros e/ou estrelas de nêutrons. A primeira detecção dessas ondas aconteceu em 2015. Desde então, o LIGO e suas instalações irmãs KAGRA e Virgo detectaram essas ondas “mais fortes” regularmente .

É importante lembrar que essas detecções registram colisões específicas-eventos essencialmente “únicos”. No entanto, eles não são as únicas fontes de ondas gravitacionais no universo. Os astrônomos acreditam que objetos massivos que giram centenas de vezes por segundo – como como estrelas de nêutrons – podem produzir ondas contínuas mais fracas que deveriam ser detectáveis.

Então, o que pode causar as ondas em um par binário de estrela de nêutrons/estrela companheira? Observe a estrutura externa das estrelas de nêutrons. Os cientistas as descrevem como objetos uniformemente lisos, com fortes campos gravitacionais e magnéticos, chamados de “montanhas”). apenas frações de um milímetro acima da superfície da “crosta” da estrela de nêutrons.As montanhas são realmente deformações nessa crosta.Elas são criadas por tensões extremas no campo eletromagnético da estrela de nêutrons.

Também é possível que essas deformidades ocorram quando o giro do objeto desacelera. Ou, possivelmente, quando seu giro aumenta repentinamente. Seja como for, elas afetam os campos magnético e gravitacional da estrela de nêutrons. ondas gravitacionais. Nesse caso, essas montanhas podem ser pequenas, mas sua influência pode ser grande. 

O desafio agora é medir essas ondas. Eventualmente, os astrônomos detectarão uma “lavagem” constante de ondas vindas de Scorpius X-1. Seus dados lhes dirão mais sobre a própria estrela de nêutrons.

Fonte: phys.org