Uma equipe internacional de cientistas utilizando um grupo de telescópios orbitais em raios X, entre os quais os observatórios Swift e Chandra de Raios X da NASA, descobriu um pulsar de milissegundos com dupla identidade.
Em um episódio nunca antes observado, a estrela prontamente oscila para a frente a para trás entre dois estilos de emissão pulsante mutuamente exclusivos — um em raios X, e o outro em rádio.A descoberta, dizem os cientistas, representa uma fase intermediária, há muito procurada, na vida desses poderosos objetos.
Esta animação ilustra como um velho pulsar em um sistema binário pode ser reativado — e acelerar num giro de um milissegundo — ao agregar gás de sua estrela companheira.
"Nós levamos décadas para encontrar este objeto transicional, e ele nos fornece uma oportunidade única de observar o intenso campo magnético de um pulsar em ação," disse Sergio Campana, astrônomo do Observatorio Brera, em Merate, Itália, e coautor de um artigo sobre o objeto, publicado em 26 de setembro na revista Nature.
O que causa a mudança de raios X para rádio e o inverso é ascensão e queda de gás fluindo para o pulsar, vindo de uma estrela companheira normal.
Pulsares são estrelas de nêutrons magnetizadas que emitem pulsos regulares de luz. Estrelas de nêutrons são o que há de mais próximo de um buraco negro que os astrônomos conseguem observar diretamente, comprimindo meio milhão de vezes a massa da Terra em uma bola de tamanho não superior ao de uma cidade. Quando o núcelo de uma estrela de grande massa explode numa supernova, a estrela de nêutrons é tão densa que uma colher de chá pesaria tanto quanto uma montanha.
Pulsares de milissegundos combinam um incrível densidade e potentes campos magnéticos com rotações extremamente altas. O mais rápido deles conhecido gira a 43.000 rotações por minuto. Astrônomors acham que eles podem alcançar tais velocidades porque residem em sistemas binários com estrelas normais.
Durante parte de suas vidas estelares, o gás flui da estrela normal e cai na estrela de nêutrons, aquecendo-se a milhões de graus e emitindo raios X neste processo. O campo magnético do pulsar direciona o gás que cai para seus polos magnéticos, produzindo áreas de radiação intensa que giram com a estrela de nêutrons causam a emissão de pulsos regulares de raios X.
O gás cai na superfície do pulsar com uma força incrível, produzindo raios X neste processo, por fim cobrindo a estrela de nêutrons com uma camada de combustível de hidrogênio e hélio.Quando esta camada atinge determinada profundidade, o combustível causa uma reação termonuclear de fuga e explode, criando jatos de raios X. Com o tempo, o fluxo de gás também se acelera gradualmente até a velocidade de rotação do pulsar.
Após um bilhão de anos, o fluxo de gás da estrela normal declina e finalmente para, pondo um fim aos pulsos de raios X alimentados pelo acréscimo de gás. Entretanto, graças à sua rotação aumentada e um intenso campo magnético, que, juntos, produzem emissões de rádio, a estrela de nêutrons pôde continuar operando como um rádio pulsar.
Um 28 de março, o Laboratório de Astrofísica de Raios Gama da Agência Espacial Internacional (ESA) detectou um flash de raios X de uma superfície anteriormente desconhecida. Este objeto, denominado IGR J18245-2452, foi observado peloTelescópio de Raios X do Swift (XRT) no dia seguinte, resultando em uma posição mais precisa. Isso permitiu aos astrônomos determinar a posição da fonte no núcleo do aglomerado globular estelar M28, localizado a cerca de 18.000 anos-luz da Terra, nas proximidades da constelação de Sagitário.
"O Swift proporcionou a primeira localização precisa, em subminutos de arco, do fluxo de raios X, o que levou à descoberta adicional das ondas de rádio do pulsa pela Rede Compacta de Telescópios da Austrália (ATCA)," disse Jamie Kennea, membro da equipe do Swift em Penn State.
Uma semana após a descoberta, uma equipe liderada por Alessandro Papitto do Instituto de Ciências Espaciais em Barcelona, Espanha,direcionou o satélite XMM-Newtonda ESA para o objeto. Detectou pulsos de raios X, que indicaram uma estrela de nêutrons girando completamente a cada 3,9 millissegundos, ou cerca de 15.000 rpm.Pela análise das mudanças nos tempos de chegada desses pulsos, os cientistas estabeleceram que o pulsar era acompanhado de uma pequena estrela companheira, com menos de um quinto da massa do Sol. As duas estrelas se orbitam mutuamente a cada 11 horas.
Em 5 de abril, a equipe detectou emissões de rádio variáveis com o ATCA, mas então, dois dias depois, o objeto disparou um intenso jato de raios X, com a reveladora assinatura de uma explosão temonuclear na superfície de uma estrela de nêutrons.
"O Telescópio de Alerta de Fluxos de Explosões do Swift foi disparado dinamicamente por fluxos de raios X dessa estrela, que permitiram a seu XRT rapidamente confirmar o caráter termonuclear dessa explosão," disse John Nousek, professor de astronomia e astrofísica e diretor do Centro de Operações da Missão Swift em Penn State, que controla os voos e operações científicas da espaçonave.
De posse do giro e características orbitais do pulsar, uma equipe chefiada por Alessandro Papitto, do Instituto de Ciências Espaciais em Barcelona, comparou-as aos parâmetros de pulsares conhecidos em M28 e encontraram uma combinação perfeita com PSR J1824-2452I.
Observações feitas depois naquele mês com o Observatório Chandra de Raios X descobriram a localização da fonte de raios X,mas observações de rádio realizadas ao redor da mesma época não conseguiram detectar emissões de rádio. Astrônomos usando o rádio telescópio do Observatório Parkes, na Austrália, o RádioTelescópio Westerbork Synthesis na Holanda e o Telescópio Robert C. Byrd Green Bank do Observatório Nacional de Rádio Astronomia de West Virginia começaram então uma intensiva campanha, e conseguiram detectar esporadicamente as emissões de rádio do pulsar.
Em semanas, o mesmo pulsar mostrou claras provas de emissões de raios X alimentadas por acréscimo, como indicadas por explosões termonucleares, e sinais de alimentados por rotações de comprimentos de onda de rádio. O que estava acontecendo?
Papitto e sua equipe acreditam que a resposta esteja na ação recíproca entre o campo magnético do pulsar e variações no fluxo de gás da estrela companheira.
Durante períodos em que o fluxo de massa é menos intenso, o campo magnético afasta o gás e o impede de atingir a superfície e criar uma emissão de raios X. Com a região ao redor da estrela de nêutrons relativamente livre de gás, os sinaid de rádio podem escapar facilmente, e os astrônomos detectam um pulsar de rádio.
"A altas velocidades de fluxo de massa, o gás espreme o campo magnético e pode alcançar a superfície para produzir emissões de raios X. Ao mesmo tempo, a densa nuvem de gás ionizado circundando o pulsar suga os sinais de rádio, efetivamente bloqueando-nos sua visão," explicou Papitto.
Astrônomos acham que esses tipos de mudanças ocorriam em escalas temporais de milhões de anos. Mas, graças a uma frota internacional de telescópios espaciais e o apoio de vários observatórios em solo, cientistas descobriram agora a verdade sobre IGR J18245-2452, o encantador artista ente o pulsares, que muda rapidamente.
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