Uma estrela com dupla personalidade


National Radio Astronomy Observatory

Estrela imita ‘O médico e o Monstro” e fica alternando entre pulsar de rádio para pulsar de Raios-X e de volta

 IMAGEM: A estrela de nêutrons e sua acompanhante, durante o período de acreção, quando a estrela de nêutrons emite raios-X.

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Os astrônomos descobriram um estranho caso de uma estrela de nêutrons com a peculiar habilidade de se transformar de um rádio pulsar para um pulsar de raios-X e ficar alternando de uma para a outra. O comportamento caprichoso dessa estrela parece ser alimentado por uma estrela acompanhante próxima e pode fornecer novos conhecimentos sobre o nascimento de pulsares em milissegundos.

“O que vemos é uma estrela que é o equivalente cósmico de ‘O médico e o Monstro’, com a capacidade de mudar de uma forma para sua contraparte mais intensa, em uma velocidade espantosa”, declarou Scott Ransom, um astrônomo do National Radio Astronomy Observatory (NRAO) em Charlottesville, Virgínia. “Embora já soubéssemos que binárias [emissoras] de raios-X – algumas das quais são observadas como pulsares de raios-X – possam evoluir ao longo de milhões de anos e se tornarem pulsares de rádio que giram extremamente rápido, fomos surpreendidos ao encontrar uma que parecia oscilar de uma para outra rapidamente”.

Estrelas de nêutrons são os remanescentes super densos de estrelas massivas que explodiram como supernovas. Esta estrela de nêutrons em particular, catalogada como IGR J18245-2452, fica a aproximadamente 18.000 anos-luz da Terra, na constelação de Sagitário, em um aglomerado de estrelas conhecido como M28. Ela tinha sido inicialmente identificada como um radio pulsar de milissegundo em 2005 com o Telescópio Robert C. Byrd de Green Bank Telescope (GBT) e, posteriormente, foi redescoberta como um pulsar de raios-X por outra equipe de astrônomos em 2013. Eventualmente, as duas equipes perceberam que estavam observando o mesmo objeto, muito embora ele estivesse se comportando de maneira bem diferente, dependendo de quando era observado. Observações adicionais e dados de arquivo de outros telescópios acabaram por confirmar o ciclo “liga-desliga” de raios-X e pulsos de rádio.

“Várias observações desta estrela em particular, ao longo dos anos e com diferentes telescópios, revelaram coisas tremendamente diferentes – certas vezes era um pulsar e outras, uma binária de raios-X”, declarou Alessandro Papitto do Consejo Superior de Investigaciones Cientificas – Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, em Barcelona, Espanha, o autor principal de um artigo publicado na Nature. “Isso era particularmente intrigante, uma vez que binárias de raios-X não emitem pulsos de rádio e a fonte de emissão de raios-X tem que se ter esgotado muito antes que os sinais de rádio possam emergir”.

A resposta para este enigma foi descoberta na complexa interação entre a estrela de nêutrons e sua acompanhante próxima.

 IMAGEM: A estrela de nêutrons e sua acompanhante na fase em que a acreção parou e a estrela de nêutrons está emitindo pulsos de rádio.

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As binárias de raios-X, como seu nome implica, ocorrem em um sistema de duas estrelas no qual uma estrela de nêutrons é acompanhada por outra estrela normal de pequena massa. A estrela de nêutrons – menor mas consideravelmente mais massiva – pode arrancar material de sua companheira, formando um disco achatado de gás em torno da estrela de nêutrons. Gradualmente, na medida em que esse material mergulha para a superfície da estrela de nêutrons, ele fica superaquecido e gera uma intensa emissão de raios-X.

Os astrônomos acreditavam que esse processo de acreção continuava, sem interrupções  por milhões de anos a fio. Eventualmente, o material se esgotava e a acreção parava, juntamente com a emissão de raios-X.

Sem o influxo de material novo, os poderosos campos magnéticos da estrela de nêutrons se tornavam capazes de emitir feixes de ondas de rádio que varrem o espaço enquanto a estrela gira, dando ao pulsar sua característica aparência de um farol.

A maioria dos rádio pulsares gira umas poucas dezenas de vezes por segundo e – se deixados por sua própria conta – vão se desacelerando ao longo de muitos milhares de anos. No entanto, no caso em que a estrela de nêutrons comece sua existência como uma binária de raios-X, a matéria que se acumula sobre sua superfície faz com que a estrela de nêutrons acelere a rotação, até que esteja girando a centenas de vezes a cada segundo. Quando o processo de acreção para, o resultado é um pulsar de milissegundos.

Durante suas observações, os pesquisadores detectaram súbitas emissões de pulsos de raios-X que duravam aproximadamente um mês e paravam abruptamente. Dentro de alguns dias, os pulsos de rádio recomeçavam. Essas oscilações abruptas indicavam que o material do disco de acreção estava caindo na estrela de nêutrons em catadupas, em lugar do fluxo longo e constante teorizado pelos astrônomos.

Um estudo anterior de outro sistema com o GBT detectou o primeiro indício de um disco de acreção em torno de uma estrela de nêutrons, o que ajudou a estabelecer a ligação entre binárias de raios-X de pequena massa e pulsares.

Os novos dados apoiam esta ligação, mas também mostram pela primeira vez que o processo de evolução, que se pensava levar alguns milhões de anos, é na verdade mais complexo e pode ocorrer de forma abrupta e episódica, em fenômenos que podem durar apenas dias ou semanas. “Isto não só demonstra a ligação evolutiva entre a acreção e os pulsares acelerados de milissegundos”, observa Ransom, “mas também que alguns sistemas podem alternar entre os dois estados em escalas de tempo muito curtas”.

A fonte de raios-X foi descoberta pelo International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) e as subsequentes observações em raios-X foram realizadas pelos satélites XMM-Newton, Swift e Chandra. As observações de rádio foram feitas pelo GBT, o rádio-telescópio Parkes, o Australia Telescope Compact Array e o Westerbork Synthesis Radio Telescope.

 

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O National Radio Astronomy Observatory é uma instalação da National Science Foundation, operada em cooperativa pela Associated Universities, Inc.

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