Nos últimos anos, os astrônomos alcançaram um marco incrível:a detecção de ondas gravitacionais, ondulações fracas no tecido do espaço e do tempo emanadas de alguns dos eventos mais cataclísmicos do universo, incluindo colisões entre buracos negros e estrelas de nêutrons. Até agora, houve mais de 90 detecções de ondas gravitacionais de tais eventos, observáveis ​​por apenas ~ 0,1 a 100 segundos. No entanto, pode haver outras fontes de ondas gravitacionais, e os astrônomos ainda estão em busca de ondas gravitacionais contínuas.
As ondas gravitacionais contínuas devem ser mais fáceis de detectar, pois são muito mais longas em duração em comparação com os sinais de colisões de objetos compactos. Estrelas de nêutrons são uma possível fonte de ondas contínuas. Estes são "cadáveres" estelares que sobraram de explosões de supernovas de estrelas massivas. Após a explosão inicial, a estrela colapsa sobre si mesma, esmagando os átomos em uma bola superdensa de partículas subatômicas chamadas nêutrons – daí o nome estrela de nêutrons. O sinal de onda contínua está relacionado à velocidade com que a estrela de nêutrons está girando, portanto, medições precisas da frequência de rotação usando telescópios mais convencionais melhorariam muito a chance de detecção dessas ondas indescritíveis.

Em um recente Avisos Mensais da Royal Astronomical Society estudo, liderado por OzGrav Ph.D. Shanika Galaudage, da Universidade Monash, cientistas pretendiam determinar as frequências de rotação das estrelas de nêutrons para ajudar a detectar ondas gravitacionais contínuas.

Possíveis fontes de ondas gravitacionais contínuas

Neste estudo, os pesquisadores levantaram a hipótese de que as ondas gravitacionais contínuas vêm indiretamente do acúmulo gradual de matéria em uma estrela de nêutrons de uma estrela companheira de baixa massa – esses sistemas binários de uma estrela de nêutrons e uma estrela companheira são chamados de binários de raios X de baixa massa (LMXBs). ).

Se a estrela de nêutrons puder manter uma "montanha" acumulada de matéria (mesmo que apenas alguns centímetros de altura), ela produzirá ondas contínuas. A frequência dessas ondas está relacionada à velocidade com que a estrela de nêutrons está girando. Quanto mais rápido essa matéria se acumula, maior a "montanha", produzindo ondas contínuas maiores. Sistemas que acumulam essa matéria mais rapidamente também são mais brilhantes na luz de raios-X. Portanto, os LMXBs mais brilhantes são os alvos mais promissores para a detecção de ondas contínuas.

Scorpius X-1 (Sco X-1) e Cygnus X-1 (Cyg X-2) são dois dos sistemas LMXB mais brilhantes – Sco X-1 ocupa o segundo lugar em brilho de raios-X em comparação com o Sol. Além de seu brilho extremo, os cientistas sabem muito sobre esses dois sistemas LMXB, tornando-os fontes ideais de ondas contínuas para estudar. Mas suas frequências de rotação ainda são desconhecidas.

“Uma maneira de determinar a velocidade com que essas estrelas de nêutrons estão girando é procurando por pulsações de raios-X”, diz Shanika Galaudage, líder do estudo. "As pulsações de raios-X de estrelas de nêutrons são como faróis cósmicos. Se pudermos cronometrar o pulso, seremos imediatamente capazes de revelar sua frequência de rotação e chegar mais perto de detectar o sinal contínuo da onda gravitacional."

“O Sco X-1 é uma das melhores perspectivas que temos para fazer uma primeira detecção de ondas gravitacionais contínuas, mas é um problema de análise de dados muito difícil”, diz o pesquisador da OzGrav e coautor do estudo Karl Wette, da Universidade Nacional Australiana. "Encontrar uma frequência de rotação nos dados de raios-X seria como iluminar os dados das ondas gravitacionais:'aqui, é aqui que deveríamos estar olhando". O Sco X-1 seria então um favorito em brasa para detectar ondas gravitacionais contínuas."

Procurando por pulsações de raios-X

A equipe realizou uma busca por pulsações de raios-X de Sco X-1 e Cyg X-2. Eles processaram mais de 1000 horas de dados de raios-X coletados pelo instrumento Rossi X-ray Timing Explorer. A busca usou um total de ~500 horas de tempo computacional no supercomputador OzSTAR.

Infelizmente, o estudo não encontrou nenhuma evidência clara de pulsações dessas fontes LMXB. Existem várias razões pelas quais isso pode acontecer:o LMXB pode ter campos magnéticos fracos que não são poderosos o suficiente para suportar pulsações detectáveis. Ou pode ser que as pulsações venham e vão ao longo do tempo, o que as tornaria difíceis de detectar. No caso do Sco X-1, poderia ser um buraco negro, que não esperaríamos que produzisse pulsações de raios-X.

O estudo encontra os melhores limites de quão brilhantes essas pulsações de raios-X poderiam ser se ocorressem; esses resultados podem significar que as estrelas de nêutrons não podem sustentar montanhas de matéria sob sua forte gravidade. Pesquisas futuras podem se basear neste estudo empregando melhores técnicas de busca e dados mais sensíveis. + Explorar mais

Ondas gravitacionais contínuas em sistemas estelares de raios-X — a busca continua