Un indiciu-cheie pentru o sursă intensă de raze gamma: un fir de gaz molecular sugerează jeturi de microquasar
Un sistem binar descoperit în 2016 în vecinătatea galactică, cunoscut sub numele de LMC P3, emite raze gamma neobișnuit de puternice, iar astronomii au găsit acum un indiciu important care ar putea explica mecanismul din spatele acestei emisii. Observații efectuate cu telescopul radio ALMA au scos la iveală un fir lung și îngust de gaz molecular „încălzit”, cu o lungime de aproximativ 26 de ani-lumină și o lățime de trei ani-lumină, scrie publicația de specialitate.
LMC P3 se află în Norul Magellan Mare, o galaxie pitică satelit a Căii Lactee, situată la circa 163.000 de ani-lumină. Sistemul este prima binară de raze gamma descoperită în afara galaxiei noastre și cea mai luminoasă cunoscută în raze gamma, raze X, unde radio și lumină vizibilă. El este alcătuit dintr-un obiect compact — fie o gaură neagră, fie o stea neutronică — și o stea masivă de peste 30 de ori mai grea decât Soarele, cele două corpuri orbitându-se reciproc în aproximativ 10 zile. Sistemul se află în interiorul rămășiței supernovei care a creat obiectul compact, un nor de gaz molecular cunoscut sub denumirea DEM L241.
Un fir radio dezvălitor
De la descoperirea sa, emisia puternică de raze gamma a lui LMC P3 a rămas un mister pentru astronomi. Un indiciu important s-a ascuns însă la celălalt capăt al spectrului electromagnetic: undele radio. Începând din 2022, o echipă condusă de astronomi de la Universitatea Nagoya și Universitatea Gifu din Japonia a înregistrat observații ale lui DEM L241/LMC P3 cu observatorul ALMA din Chile, unul dintre cele mai mari radiotelescoape din lume. Cercetătorii au folosit benzile 6 și 7 ale ALMA pentru a măsura emisia de monoxid de carbon (CO) din gazul molecular rece din jur, la lungimi de undă de aproximativ 1,3 mm și 0,87 mm, ceea ce le-a permis să determine structura și mișcarea gazului și să estimeze temperatura acestuia.
Rezultatul a fost revelator. „Am descoperit un jet molecular gigantic”, a declarat Yasuo Fukui, profesor emerit la Universitatea Nagoya și autor principal al descoperirii, publicată în The Astrophysical Journal Letters. Firul de gaz „încălzit” este remarcabil de drept și de îngust. Deși este foarte rece în comparație cu temperatura camerei, gazul se distinge printr-o temperatură considerabil mai mare, între 35 și 60 kelvin, față de 15 kelvin cât are gazul din jur. Fukui a precizat că temperatura relativ ridicată observată pe o parte mare a norului molecular constituie „un argument foarte puternic” că gazul interacționează cu un jet de înaltă energie provenit din obiectul compact — exact tipul de jet care poate alimenta și razele gamma ale lui LMC P3.
Mecanismul de microquasar
Noul studiu, co-condus de Bhuvana Gadikere Rajendra, cercetător, și Kisetsu Tsuge, asistent profesor desemnat, ambii la Institutul pentru Studii Avansate al Universității Gifu, împreună cu Hidetoshi Sano, profesor asociat la Școala Superioară de Științe Naturale și Tehnologie a Universității Gifu, întărește sprijinul pentru una dintre cele două teorii concurente privind emisia binară de raze gamma a lui LMC P3: jeturile de microquasar. Anterior, se considerase posibil și mecanismul vânturilor de pulsar. Acest scenariu ar presupune ca obiectul compact al lui LMC P3 să fie un pulsar, adică o stea neutronică ce se rotește rapid și emite un vânt de particule energetice care intră în coliziune cu vântul stelar al stelei companion, creând un val de șoc ce accelerează particulele și produce raze gamma.
Noua semnătură a jetului indică însă un mecanism de tip quasar. Quasarii sunt printre cele mai luminoase obiecte din univers, aflate în galaxii îndepărtate, alimentați de găuri negre supermasive din centrele galactice care acumulează materie și emit jeturi puternice de materie. În cazul lui LMC P3, obiectul compact ar putea fi o gaură neagră de masă stelară sau o stea neutronică ce atrage materie de la companionul său, formând un disc de acumulare. Este o versiune la scară mică a unui quasar, denumită microquasar, care poate alimenta jeturi de particule de mare viteză ce pot produce, la rândul lor, raze gamma.
Întrucât găurile negre generează jeturi mai puternice decât stelele neutronice, faptul că emisia de raze gamma a lui LMC P3 este deosebit de intensă „oferă un sprijin foarte puternic pentru posibilitatea ca obiectul său central să fie o gaură neagră” în loc de o stea neutronică, a mai afirmat Fukui.
