Estudantes encontram misteriosa fonte de raios X

Estágio no INAF proporciona a alunos de ensino médio participação em pesquisas de astrofísica. Fonte não se compara a nenhuma outra conhecida.

Uma fonte de raios X enigmática foi revelada como parte de um projeto de mineração de dados para estudantes de ensino médio, vasculhando dados do Observatório de Raios X XMM-Newton, da Agência Espacial Europeia (ESA).

Quando XMM-Newton foi lançado, em 1993, a maior parte dos estudantes que agora está terminando o ensino médio nem havia nascido. Ainda assim, o observatório parece ter muitas surpresas para a próxima geração de cientistas.

Novas descobertas foram feitas por meio de uma colaboração entre cientistas no Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), em Milão, Itália, e um grupo de alunos do último ano de uma escola em Saronno.

A parceria frutífera foi parte do projeto Explorando o Céu em Raios X Transientes e Variáveis (EXTraS), um estudo internacional sobre fontes variáveis dos primeiros 15 anos de observações do XMM-Newton.

“Publicamos recentemente o catálogo do EXTraS, que inclui todas as fontes de raios X – cerca de meio milhão – cujo brilho muda com o tempo conforme observado pelo XMM-Newton e lista vários parâmetros observados para cada fonte”. disse Andrea De Luca, cientista que coordenou o projeto estudantil. “O próximo passo foi mergulhar neste vasto conjunto de dados e encontrar fontes potencialmente interessantes e achamos que este seria um desafio animador para um estágio estudantil.”

Cientistas do INAF têm cooperado com escolas locais por alguns anos, recebendo vários grupos de estudantes no instituto por algumas semanas e incorporando-os às atividades dos vários grupos de pesquisa.

“Para este projeto particular, os estudantes receberam uma introdução sobre astronomia e as fontes exóticas que estudamos com telescópios de raios X, assim como um tutorial sobre a base de dados e como usá-la”, explicou Ruben Salvaterra, outro cientista envolvido no programa. “Uma vez que estavam prontos para explorar o arquivo de dados, provaram-se muito efetivos e habilidosos.”

Os alunos envolvidos no projeto são Razvan Patrolea, Lorenzo Apollonio, Elena Pecchini, Cinzia Torrente, Bartolomeo Bottazzi-Baldi e Martino Giobbio, do Liceo scientifico G.B. Grassi. O estágio no qual foi feita a descoberta ocorreu em setembro de 2017 e a iniciativa recebeu apoio do Ministério da Eduação, Universidade e Pesquisa italiano.

Descobertas  Os seis estudantes analisaram cerca de 200 fontes de raios X, olhando sua curva de luz (um gráfico da variabilidade em função do tempo), e verificando na literatura científica se já haviam sido estudados. Eventualmente, identificaram uma porção de fontes exibindo propriedades interessantes que não haviam sido relatadas em estudos anteriores.

“Uma das fontes destacou-se como especialmente intrigante”, disse Andrea. Sendo o clarão mais curto de todos os objetos analisados, a fonte parece estar localizada no aglomerado globular NGC 6540, um agrupamento denso de estrelas.

Após apresentar seus achados aos cientistas em um seminário, os estudantes voltaram para a escola. Mas, para Andrea, Ruben e seus colegas, o trabalho havia apenas começado.

“A fonte identificada pelos estudantes exibe mudanças de brilho diferentes de quaisquer outros objetos conhecidos, então começamos a olhar mais em detalhes”, disse Ruben.

O XMM-Newton registrou outra fonte, de baixa luminosidade, abrilhantar-se até 50 vezes em 2005, antes de retornar após cinco minutos.

Estrelas como o Sol brilham moderadamente em raios X e ocasionalmente exibem clarões que elevam seu brilho como no que foi observado nesta fonte. Mas, estes eventos levam horas ou até dias.

Por outro lado, explosões curtas são observadas em sistemas estelares binários com um remanescente estelar denso, como uma estrela de nêutrons, mas tais fenômenos são caracterizados por uma luminosidade muito maior.

Razvan Patrolea, Lorenzo Apollonio, Elena Pecchini, Cinzia Torrente, Bartolomeo Bottazzi-Baldi e Martino Giobbio (INAF)

“Este evento está desafiando nossa compreensão de explosões de raios X: muito curta para ser um clarão esterlar comum, mas muito fraca para ser ligada a um objeto compacto”, comentou Sandro Mereghetti, principal autor do trabalho apresentando os estudos, publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Outra possibilidade é a de que a fonte seja uma binária ativa cromosfericamente, um sistema de duas estrelas com atividade de raios X intensa causada por processos em sua cromosfera, uma camada intermediária da atmosfera estelar. Mesmo neste caso, o evento não se compara nem de perto a nenhum objeto conhecido deste tipo.

Janela  Os cientistas suspeitam que esta fonte não é única e outros objetos com propriedades similares ainda não teriam sido identificados no arquivo do XMM-Newton por causa da combinação de baixa luminosidade e curta duração do clarão.

“O estudo sistemático da variabilidade que levou à compilação do catálogo EXTraS, junto a esta primeira tentativa de mineração de dados, sugere que abrimos uma nova janela inexplorada no Universo em raios X”, comentou Sandro.

A equipe planeja estudas a fonte recém-identificada em maiores detalhes para compreender melhor sua natureza enquanto busca por objetos similares no arquivo.

“É animador encontrar jóias ocultas como esta fonte no arquivo do XMM-Newton e que jovens estudantes estejam nos ajudando a encontrá-las enquanto aprendem e se divertem”, disse Norbert Schartel, cientista de projeto do XMM-Newton na ESA.

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