Em 1887, O astrônomo americano Lewis Swift descobriu uma nuvem brilhante, ou nebulosa, que acabou sendo uma pequena galáxia a cerca de 2,2 milhões de anos-luz da Terra. Hoje, é conhecido como a galáxia "explosão estelar" IC 10, referindo-se à intensa atividade de formação de estrelas que ocorre lá.

Mais de cem anos após a descoberta de Swift, astrônomos estão estudando o IC 10 com os telescópios mais poderosos do século 21. Novas observações com o Observatório de raios-X Chandra da NASA revelam muitos pares de estrelas que podem um dia se tornar fontes do que talvez seja o fenômeno cósmico mais emocionante observado nos últimos anos:as ondas gravitacionais.

Ao analisar as observações do Chandra de IC 10 ao longo de uma década, astrônomos encontraram mais de uma dúzia de buracos negros e estrelas de nêutrons alimentando-se de gás de jovens, companheiros estelares maciços. Esses sistemas de estrelas duplas são conhecidos como "binários de raios-X" porque eles emitem grandes quantidades de luz de raios-X. Como uma estrela massiva orbita em torno de sua companheira compacta, um buraco negro ou estrela de nêutrons, o material pode ser retirado da estrela gigante para formar um disco de material ao redor do objeto compacto. As forças de atrito aquecem o material em queda a milhões de graus, produzindo uma fonte de raios-X brilhante.

Quando a enorme estrela companheira ficar sem combustível, passará por um colapso catastrófico que produzirá uma explosão de supernova, e deixar para trás um buraco negro ou estrela de nêutrons. O resultado final são dois objetos compactos:um par de buracos negros, um par de estrelas de nêutrons, ou um buraco negro e uma estrela de nêutrons. Se a separação entre os objetos compactos se tornar pequena o suficiente com o passar do tempo, eles produzirão ondas gravitacionais. Hora extra, o tamanho de sua órbita diminuirá até que eles se fundam. O LIGO encontrou três exemplos de pares de buracos negros que se fundiram desta forma nos últimos dois anos.

Galáxias starburst como IC 10 são excelentes lugares para procurar binários de raios-X porque estão produzindo estrelas rapidamente. Muitas dessas estrelas recém-nascidas serão pares de estrelas jovens e massivas. A mais massiva do par irá evoluir mais rapidamente e deixar para trás um buraco negro ou uma estrela de nêutrons em parceria com a estrela massiva restante. Se a separação das estrelas for pequena o suficiente, um sistema binário de raios-X será produzido.

Esta nova imagem composta de IC 10 combina dados de raios-X do Chandra (azul) com uma imagem óptica (vermelho, verde, azul) tirada pelo astrônomo amador Bill Snyder do Observatório do Espelho Celestial em Sierra Nevada, Califórnia. As fontes de raios-X detectadas pelo Chandra aparecem como um azul mais escuro do que as estrelas detectadas na luz óptica.

As estrelas jovens em IC 10 parecem ter a idade certa para dar o máximo de interação entre as estrelas massivas e suas companheiras compactas, produzindo a maioria das fontes de raios-X. Se os sistemas fossem mais jovens, então as estrelas massivas não teriam tido tempo de se transformar em supernova e produzir uma estrela de nêutrons ou buraco negro, ou a órbita da estrela massiva e o objeto compacto não teriam tido tempo de encolher o suficiente para que a transferência de massa começasse. Se o sistema estelar fosse muito mais antigo, então, ambos os objetos compactos provavelmente já teriam se formado. Neste caso, a transferência de matéria entre os objetos compactos é improvável, prevenir a formação de um disco emissor de raios-X.

Chandra detectou 110 fontes de raios-X em IC 10. Destes, mais de quarenta também são vistos em luz óptica e 16 deles contêm "supergigantes azuis", quais são o tipo de jovem, maciço, estrelas quentes descritas anteriormente. A maioria das outras fontes são binários de raios-X contendo estrelas menos massivas. Vários dos objetos mostram grande variabilidade em sua produção de raios-X, indicativo de interações violentas entre as estrelas compactas e suas companheiras.

Dois artigos descrevendo esses resultados foram publicados em 10 de fevereiro, Edição de 2017 do The Astrophysical Journal e está disponível online aqui e aqui. Os autores do estudo são Silas Laycock do Centro de Ciência e Tecnologia Espacial da UMass Lowell (UML); Rigel Capallo, um estudante de graduação na UML; Dimitris Christodoulou da UML; Benjamin Williams, da Universidade de Washington em Seattle; Breanna Binder, da California State Polytechnic University em Pomona; e, Andrea Prestwich, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Cambridge, Massa.