ENCONTRADO ELO PERDIDO ENTRE PULSARES DE RAIOS-X E RÁDIO
27 de Setembro de 2013
Astrónomos usando os observatórios espaciais Integral e XMM-Newton da ESA apanharam pela primeira vez um veloz "pulsar de milissegundo" numa fase evolutiva crucial, à medida que alterna entre a emisão de pulsos de raios-X e ondas de rádio.
Os pulsares são estrelas de neutrões altamente giratórias e magnetizadas, os núcleos mortos de estrelas massivas que explodiram como uma dramática supernova após terem consumido o seu combustível. À medida que giram, enviam pulsos de radiação electromagnética centenas de vezes por segundo, como as luzes de um farol. Isto diz-nos que o período de rotação das estrelas de neutrões pode ser tão curto quanto alguns milissegundos.
Os pulsares são classificados pelo modo como a sua emissão é gerada. Por exemplo, os pulsares de rádio são alimentados pela rotação do seu campo magnético, enquanto os pulsares de raios-X são alimentados pela acreção de material desviado de uma estrela companheira.
A teoria afirma que, inicialmente, estrelas de neutrões com baixa rotação e com uma companheira de baixa-massa são aceleradas à medida que a matéria acresce sobre elas, formando um disco alimentado pela companheira. São emitidos raios-X à medida que o material de acreção aquece e cai sobre a estrela de neutrões.
Após mais ou menos mil milhões de anos, a taxa de acreção diminui e pensa-se que os pulsares ligam-se novamente como pulsares de milissegundo de rádio.
Pensa-se também que exista uma fase intermédia, na qual os pulsares alternam entre os dois estados várias vezes mas, até agora, não haviam evidências directas e conclusivas desta fase de transição.
Graças aos esforços combinados dos observatórios espacials Integral e XMM-Newton da ESA, juntamente com observações de acompanhamento pelos observatórios Swift e Chandra da NASA e por radiotelescópios terrestres, os cientistas finalmente apanharam um pulsar no acto de mudar entre as duas etapas evolutivas.
"A busca finalmente acabou: com a nossa descoberta de um pulsar de milisegundo que, em apenas algumas semanas, mudou entre ser alimentado graças a acreção e brilhante em raios-X, e alimentado graças à rotação e brilhante em ondas de rádio, temos finalmente o elo que faltava na evolução pulsar," afirma Alessandro Papitto do Instituto de Ciências do Espaço em Barcelona, Espanha, que liderou a pesquisa publicada esta semana na revista Nature.
O objecto, identificado como IGR J18245-2452, foi detectado pela primeira vez em raios-X no dia 28 de Março de 2013 pelo Integral no enxame globular M28, situado na constelação de Sagitário.
As observações do XMM-Newton determinaram que o período de rotação do pulsar é 3,9 milissegundos, o que significa que completa mais de 250 voltas em torno de si próprio a cada segundo, identificando-o claramente como um brilhante pulsar de milissegundo em raios-X.
Mas a comparação entre a sua rotação e outras características-chave com as de outros pulsares conhecidos em M28 mostrou que combinam perfeitamente com as de outro pulsar que tinha sido observado em 2006 - mas apenas a comprimentos de onda de rádio.
"Nessa altura, parecia ser apenas mais um pulsar de milissegundo de rádio, mas agora aqui está, brilhando em raios-X - claramente não é um pulsar comum," acrescenta o Dr. Papitto.
Os astrónomos continuaram a observar o objecto com telescópios de raios-X, mas também começaram uma série de observações no rádio, à procura de pistas de que podia alternar personalidades novamente.
O que os astrónomos não esperaram foi que a mudança em comportamento acontecesse em poucas semanas.
"Nós costumávamos pensar que a mudança iria ocorrer apenas uma vez ao longo da evolução de mil milhões de anos destes sistemas, no entanto, no espaço de um mês, a estrela de neutrões andou para trás e para a frente entre um estado de raios-X e um estado de rádio, mostrando que a alternância pode acontecer até em escalas de tempo extremamente curtas," afirma Enrico Bozzo, co-autor do artigo e da Universidade de Genebra, Suíça.
Apesar de ocorrer numa escala de tempo muito mais rápida do que se imaginava, as características da transformação, que se pensa estar na interacção entre o campo magnético do pulsar e a pressão de material que cai sobre este a partir da sua companheira de baixa-massa, ainda cabe na teoria actual.
Quando o fluxo de entrada de material da estrela vizinha é mais intenso, a elevada densidade de matéria desliga a emissão de rádio, e o pulsar é apenas visível através de raios-X emitidos pela matéria em acreção à medida que aquece quando cai sobre o pulsar.
Por outro lado, quando a taxa de acreção diminui, o campo magnético do pulsar expande-se e empurra qualquer matéria remanescente para longe do pulsar, permitindo a emissão de rádio.
Olhando para trás, através de dados de arquivo deste pulsar em particular, os astrónomos mostraram que esses ciclos podem repetir-se em escalas de tempo de apenas poucos anos.
"A descoberta deste pulsar transicional completa uma busca de uma década por tal objecto e vai ajudar-nos a melhor compreender a evolução dos pulsares," afirma Erik Kuulkers, cientista do Projecto Integral na ESA.
"Embora tenhamos demorado muito tempo a fazer esta primeira detecção, acreditamos que os pulsares nestes sistemas binários são bastante comuns, por isso estamos ansiosos por encontrar mais," afirma Norbert Shcartel, cientista do projecto XMM-Newton da ESA.
Esta ilustração mostra uma impressão de artista de um brilhante pulsar em rádio num sistema binário com uma estrela de baixa-massa como companheira.
Crédito: ESA
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Impressão de artista de um brilhante pulsar em raios-X num sistema binário.
Crédito: ESA
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Duas imagens da mesma zona do céu, obtidas em raios-X pela missão INTEGRAL da ESA. A imagem de cima tem por base dados recolhidos no dia 18 de Fevereiro de 2013, enquanto a de baixo tem por base dados recolhidos nos dias 28 de Março e 6 de Abril de 2013. Note a fonte IGR J18245-2452 apenas visível na imagem de baixo.
Crédito: ESA/INTEGRAL/IBIS
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