Contribuições ao desenvolvimento do sistema de detecção do experimento protoMIRAX e estudos da natureza da binária de raios X 1E 1740.72942 - Paulo Eduardo Freire Stecchini (2021)
Este trabalho de doutorado está dividido em duas vertentes: uma experimental e uma observacional. O trabalho experimental concentra-se na caracterização do desempenho dos detectores de CdZnTe do sistema de detecção do experimento protoMIRAX, um imageador de raios X duros em desenvolvimento no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) a ser lançado em um balão estratosférico. O experimento final contará com 169 detectores, dos quais 25 já foram integrados à Câmara de Raios X (CRX) do protoMIRAX e submetidos a testes preliminares. Ademais, uma versão independente e reduzida do sistema de detecção, com 9 detectores idênticos aos que comporão o experimento, foi utilizada para a realização de testes com o intuito de determinar características pertinentes ao desempenho dos detectores, como a linearidade e a resolução espectral. Os procedimentos utilizados e descritos podem ser aplicados a quaisquer sistemas de detecção que façam uso dos mesmos detectores, como é o caso de dois outros projetos em desenvolvimento no INPE: o LECX, um experimento a ser lançado em um cubesat, e o MIRAX, uma missão de satélite. Na vertente observacional são apresentados dois estudos do candidato a buraco negro 1E 1740.7−2942, realizados a partir de observações disponíveis em bancos de dados públicos de missões espaciais de raios X. O primeiro estudo consiste na análise de um espectro de ampla cobertura em raios X (2200 keV) composto por dados de três missões: XMM-Newton, NuSTAR e INTEGRAL. Tal cobertura em energia possibilita o estudo simultâneo das principais componentes espectrais de sistemas como os de 1E 1740.7−2942: o disco de acreção, a componente de reflexão e a coroa ou componente de comptonização. Por meio da aplicação de diversos modelos espectrais, parâmetros importantes do sistema puderam ser determinados, incluindo a primeira estimativa da massa do buraco negro em 1E 1740.7−2942 (5M). As implicações deste e de outros resultados na compreensão da natureza do sistema são discutidas. O segundo estudo teve como principal finalidade examinar o comportamento, no tempo, de parâmetros físicos da coroa de elétrons de 1E 1740.7−2942. Para isso, realizou-se uma análise espectral sistemática de aproximadamente 400 observações em raios X duros (20200 keV) do objeto obtidas pela missão INTEGRAL ao longo de 15 anos. Foi constatado que a coroa em 1E 1740.7−2942 encontra-se no chamado regime de comptonização não saturada para a maioria (cerca de 85%) dos espectros analisados. Esse estudo possibilitou ainda a construção da mais extensa curva de luz de 1E 1740.7−2942 nessa faixa de energia.