Alunos descobrem misteriosa fonte de raios-X durante pesquisa a arquivo de dados

Quando o XMM-Newton foi lançado em 1999, a maioria dos estudantes que estão hoje a terminar o ensino secundário nem sequer tinham nascido. No entanto, o observatório de raios-X da ESA, com quase duas décadas de existência, tem muitas surpresas para serem exploradas pela próxima geração de cientistas.

Um “gostinho” das novas descobertas foi revelado numa colaboração recente entre cientistas do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), em Milão, na Itália, e um grupo de estudantes do 12° ano de uma escola secundária próxima de Saronno.

A interação frutífera foi parte do projeto EXTraS, Exploring the X-ray Transient e variable Sky, um estudo internacional de pesquisa de fontes variáveis dos primeiros 15 anos de observações da XMM-Newton.

“Publicámos, recentemente, o catálogo EXTraS, que inclui todas as fontes de raios-X - cerca de meio milhão - cujo brilho muda com o tempo, como observado pelo XMM-Newton, e lista vários parâmetros observados para cada fonte,” diz Andrea De Luca, um dos cientistas que coordenaram o projeto estudantil.

“O próximo passo foi aprofundar esse vasto conjunto de dados e encontrar fontes potencialmente interessantes, e achámos que isso seria um desafio estimulante para um estágio de estudante,” acrescenta Andrea.

Cientistas do INAF, em Milão, têm cooperado com escolas locais há já alguns anos, recebendo vários grupos de estudantes no instituto, durante algumas semanas, e incorporando-os nas atividades dos vários grupos de investigação.

“Para este projeto em particular, os alunos receberam uma introdução sobre astronomia e as fontes exóticas que estudamos com telescópios de raios-X, bem como um tutorial sobre o banco de dados e como usá-lo,” explica Ruben Salvaterra, outro cientista envolvido no programa.

“Quando demonstraram que estavam prontos para explorar o arquivo de dados, mostraram-se muito eficazes e engenhosos.”

Os seis estudantes analisaram cerca de 200 fontes de raios-X, analisando a sua curva de luz - um gráfico que mostra a variabilidade do objeto ao longo do tempo - e verificando a literatura científica para comprovar se já haviam sido estudados.

Eventualmente, identificaram um punhado de fontes que exibiam propriedades interessantes - um poderoso efeito explosivo, por exemplo - que não havia sido relatado anteriormente por outros estudos.

“Uma das fontes destacou-se como sendo especialmente intrigante,” diz Andrea.

Apresentando a menor luminosidade de todos os objetos analisados, esta fonte parece estar localizada no aglomerado globular NGC 6540 - um denso agrupamento de estrelas - e não havia sido estudada antes.

Depois de apresentarem as suas descobertas aos cientistas num seminário, os estudantes voltaram para a escola. Mas para Andrea, Ruben e colaboradores o trabalho estava apenas a começar.

“A fonte identificada pelos alunos exibe mudanças de brilho como nenhum outro objeto conhecido, então começámos a olhar com mais detalhe,” diz Ruben.

Uma outra fonte de baixa luminosidade de raios-X, foi observada pelo XMM-Newton a brilhar até 50 vezes o seu nível normal em 2005, e cair rapidamente novamente após cerca de cinco minutos.

Estrelas como o nosso Sol brilham moderadamente em raios-X e, ocasionalmente, passam por explosões que aumentam o seu brilho, como o observado nessa fonte. No entanto, estes eventos, normalmente, duram muito mais tempo – de até algumas horas ou mesmo dias.

Por outro lado, as explosões curtas são observadas em sistemas estelares binários que hospedam um remanescente estelar denso, como a estrela de neutrões, mas essas manifestações de raios-X são caracterizadas por uma luminosidade muito maior.

“Este acontecimento está a desafiar a nossa compreensão das explosões de raios-X: muito curto para ser um brilho estelar comum, mas muito fraco para estar ligado a um objeto compacto,” explica o colaborador Sandro Mereghetti, principal autor do artigo que apresenta os resultados.

Outra possibilidade é que a fonte seja um binário cromosfericamente ativo, um sistema duplo de estrelas com intensa atividade de raios-X causada por processos na sua cromosfera, uma camada intermediária na atmosfera de uma estrela. Mas mesmo neste caso, não corresponde, de perto, às propriedades de qualquer objeto conhecido desta classe.

Os cientistas suspeitam que esta fonte peculiar não seja única, e que outros objetos com propriedades semelhantes estejam à espreita no arquivo XMM-Newton, mas ainda não foram identificados por causa da combinação de baixa luminosidade e curta duração do brilho.

“O estudo sistemático da variabilidade que levou à compilação do catálogo EXTraS, juntamente com esta primeira tentativa de exploração de dados, sugere que abrimos uma nova janela inexplorada no Universo de Raios-X,” acrescenta Sandro.

A equipa planeia estudar, em detalhe, a nova fonte identificada, de modo a entender melhor a sua natureza, enquanto procura por mais objetos semelhantes no arquivo.

“É emocionante encontrar joias escondidas como esta fonte no arquivo XMM-Newton, e que jovens estudantes nos estejam a ajudar a encontrá-las enquanto aprendem e se divertem,” conclui Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton da ESA.

Notas para editores
“EXTraS discovery of a peculiar flaring X-ray source in the Galactic globular cluster NGC 6540” por S. Mereghetti et al. 2018 encontra-se publicado na Astronomy & Astrophysics, DOI: 10.1051/0004-6361/201833086.

Os alunos envolvidos neste projeto são Razvan Patrolea, Lorenzo Apollonio, Elena Pecchini, Cinzia Torrente, Bartolomeo Bottazzi-Baldi e Martino Giobbio do Liceo scientifico G.B. Grass, em Saronno, Itália. Descobriram a fonte peculiar durante um estágio de duas semanas no INAF, em Milão, em setembro de 2017, como parte de uma iniciativa apoiada pelo Ministério da Educação, Universidade e Investigação da Itália.

A descoberta foi feita como resultado do projeto Exploring the X-ray transient e variable Sky (EXTraS), um projeto da UE/FP7, dedicado a um estudo sistemático de variabilidade das fontes de raios-X no arquivo público XMM-Newton.

Para mais informação, por favor contactar:
Andrea De Luca
INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica
Milano, Italy
INFN, Pavia, Italy
Email: andrea.deluca@inaf.it

Ruben Salvaterra
INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica
Milano, Italy
Email: ruben.salvaterra@inaf.it

Sandro Mereghetti
INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica
Milano, Italy
Email: sandro.mereghetti@inaf.it

Norbert Schartel
XMM-Newton Project Scientist
European Space Agency
Email: norbert.schartel@esa.it

Markus Bauer








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