Há cerca de 10.000 anos, a luz da explosão de uma estrela gigante, na direção da constelação de Vela, chegou à Terra. Esta supernova deixou para trás um objeto denso a que chamamos pulsar, que parece aumentar de brilho regularmente à medida que gira, como um farol cósmico. Da superfície deste pulsar surgem ventos de partículas que viajam perto da velocidade da luz, criando uma mistura caótica de partículas carregadas e campos magnéticos que chocam com o gás circundante. Este fenómeno é chamado de nebulosa de vento de pulsar.

Nesta nova imagem, o halo azul claro e difuso corresponde aos primeiros dados de polarização de raios-X alguma vez obtidos do remanescente de Vela, que provêm do IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA. Uma linha azulada e ténue, apontando para o canto superior direito, corresponde a um jato de partículas altamente energéticas disparadas do pulsar a cerca de metade da velocidade da luz. Pensa-se que os "arcos" de raios-X cor-de-rosa assinalam os cantos das regiões em forma de donut onde o vento de pulsar choca e acelera as partículas altamente energéticas. O próprio pulsar está localizado no círculo branco no centro da imagem.

As cores rosa e púrpura correspondem a dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA, que já observou Vela várias vezes. As estrelas douradas foram capturadas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA.

A medição da polarização, que tem a ver com a forma como as ondas eletromagnéticas estão organizadas, dá aos cientistas uma compreensão sem precedentes de como um objeto cósmico como um pulsar acelera as partículas a altas velocidades.

"Com o IXPE, estamos a utilizar objetos extremos como Vela como laboratório para investigar algumas das questões mais prementes na astrofísica, tais como a forma como as partículas são catapultadas para perto da velocidade da luz muito depois de uma estrela ter explodido", disse Phil Kaaret, cientista sénior do Centro de Voo Espacial Marshall da NASA em Huntsville, no estado norte-americano do Alabama.

Num estudo recente, os cientistas ficaram surpreendidos com o elevado grau de polarização que encontraram nos raios-X da nebulosa de vento de pulsar de Vela. As observações IXPE deste objeto foram publicadas na revista Nature em dezembro.

"Este é o grau mais elevado de polarização medido numa fonte celeste de raios-X até à data", diz Fei Xie, autora principal do estudo da Nature, professora na Universidade de Guangxi em Nanning, Guangxi, China, e antiga investigadora de pós-doutoramento no INAF/IAPS (Istituto Nazionale di Astrofisica/Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali) em Roma, Itália.

A alta polarização significa que os campos eletromagnéticos estão bem organizados; estão alinhados em direções específicas e dependem da sua posição na nebulosa. Além disso, os raios-X que o IXPE deteta vêm de eletrões altamente energéticos que espiralam nos campos magnéticos da nebulosa de vento de pulsar, chamados "emissão de sincrotrão". Os raios-X altamente polarizados significam que estes campos magnéticos também devem estar bem organizados.

Uma imagem das observações IXPE da nebulosa de vento de pulsar de Vela. As cores representam diferentes intensidades de raios-X, com as regiões mais brilhantes a vermelho e as regiões mais fracas a azul. As linhas pretas dão as direções do campo magnético com base nos dados do IXPE e as linhas prateadas dão as direcções do campo magnético com base nos dados de rádio do ATCA (Australia Telescope Compact Array). Os contornos cinzentos mostram as intensidades dos raios-X a partir dos dados do Chandra. O pulsar está localizado perto do centro da emissão de raios-X mais brilhante. Crédito: Xie et al, 2022 (Nature)

Em contraste com os remanescentes de supernova que têm um invólucro de material à sua volta, a alta polarização dos raios-X "sugere que os eletrões não foram acelerados pelos choques turbulentos que parecem importantes noutras fontes de raios-X", disse Roger W. Romani, astrofísico de Stanford envolvido na análise de dados do IXPE. Em vez disso, deve haver algum outro processo envolvido, tal como a reconexão magnética, que envolve a quebra e união de linhas de campo magnético. Esta é uma forma pela qual a energia magnética é convertida em energia de partículas.

Os dados do IXPE também sugerem que o campo magnético está alinhado como uma estrutura lisa em forma de donut em torno do equador do pulsar. Esta forma está de acordo com as expetativas dos cientistas.

"Esta medição da polarização de raios-X pelo IXPE acrescenta uma peça em falta ao puzzle da nebulosa de vento de pulsar de Vela", diz Alessandro Di Marco, investigador do INAF/IAPS em Roma que contribuiu para a análise dos dados. "Ao mapear com resolução sem precedentes, o IXPE revela o campo magnético na região central, mostrando concordância com os resultados obtidos a partir de imagens rádio da nebulosa exterior".

O pulsar de Vela, localizado a cerca de 1000 anos-luz da Terra, tem cerca de 25 quilómetros de diâmetro e gira 11 vezes por segundo, mais depressa do que um rotor de helicóptero.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv.org)
// Artigo científico #2 (Nature)

Quer saber mais?

Pulsar de Vela:
Wikipedia

Nebulosa de vento de pulsar:
Wikipedia
Catálogo de nebulosas de vento pulsar

Pulsares:
Wikipedia
Catálogo ATNF de Pulsares

Estrelas de neutrões:
Wikipedia
Universidade de Maryland

IXPE:
NASA
Wikipedia

Observatório de raios-X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
Wikipedia