Mapa da NASA revela pela primeira vez medições precisas de um pulsar

Por Daniele Cavalcante | 19 de Dezembro de 2019 às 20h30
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Astrofísicos conseguiram obter pela primeira vez medições precisas e confiáveis do tamanho e massa de um pulsar, graças ao NICER (Interior Composition Explorer) da NASA, um telescópio de raios X a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS). Eles também puderam criar o primeiro mapa de “pontos quentes” desses objetos densos e agitados.

Desde a descoberta dos pulsares, há mais de 50 anos, os cientistas tentam descobrir exatamente como essa classe de estrelas de nêutrons funcionam. Agora, com o NICER, os cientistas podem investigar esses objetos de maneiras que antes pareciam impossíveis.

O NICER faz parte de uma missão de astrofísica do programa Explorers, da NASA, que permite aos pesquisadores voo frequentes para estudos científicos a partir do espaço. De acordo com Paul Hertz, diretor da divisão de astrofísica da sede da NASA em Washington, o telescópio está “revolucionando nossa compreensão dos pulsares”, tirando vantagem da sua posição privilegiada na ISS.

Para realizar esse estudo inédito, o pulsar observado foi o J0030+0451 (ou simplesmente J0030), localizado na constelação de Peixes, a 1.100 anos-luz de distância. Ao medir o peso e as proporções do objeto, o NICER revelou que as formas e os locais de "pontos quentes" de um milhão de graus na sua superfície são muito mais estranhos do que os astrofísicos imaginavam.

Esquema tradicional de um pulsar, apresentando as linhas de campo magnético e o feixe de radiação escapando pelos polos magnéticos 
(Imagem: Roy Smits)

Os pulsares são uma categoria de estrelas que colapsaram e, por causa de seu intenso campo magnético, transformam a energia rotacional em energia eletromagnética. Elas emitem pulsos de radiação em intervalos regulares e definidos, e giram centenas de vezes a cada segundo. Só pra se ter uma ideia da velocidade desses objetos, o J0030 gira 205 vezes por segundo.

Todo o pulsar brilha levemente em raios-X, mas os tais “pontos quentes” são mais brilhantes. À medida que o objeto gira, esses pontos aparecem e desaparecem, transformando o pulsar em uma espécie de farol espacial gigante, com variações extremamente regulares no brilho dos raios X. Mas os novos estudos mostram que os pulsares não são tão simples.

Usando observações coletadas pelo NICER entre julho de 2017 e dezembro de 2018, dois grupos de cientistas mapearam os pontos quentes do J0030, cada um com seus próprios métodos, e chegaram a resultados semelhantes na medição de massa e tamanho do pulsar. Não apenas isso, mas também obtiveram dados o suficiente para desenvolver novos modelos computacionais desses objetos, agora mais realistas.

Uma das equipes foi liderada por Thomas Riley, estudante de doutorado em astrofísica computacional, e sua supervisora ​​Anna Watts, professora de astrofísica da Universidade de Amsterdã. Eles chegaram à conclusão de que o pulsar tem cerca de 1,3 vezes a massa do Sol e 25,4 km de diâmetro. Cole Miller, professor de astronomia da Universidade de Maryland, liderou a segunda equipe, e determinou que o J0030 é cerca de 1,4 vezes a massa do Sol e um pouco maior, com 26 km de largura.

Simulação de uma possível configuração de campo magnético quadrupolo para um pulsar com pontos quentes apenas no hemisfério sul (Imagem: Goddard Space Flight Center da NASA)

De acordo com Miller, as “medidas incomparáveis” do NICER permitiram fazer “os cálculos mais precisos e confiáveis ​​do tamanho de um pulsar até o momento”. E também mostraram coisas inesperadas. Por causa da densidade do pulsar, sua gravidade distorce o espaço-tempo de tal forma que, quando voltada para nossa direção, a luz do objeto é "dobrada" e redirecionada para a nossa visão. Isso faz a estrela parecer maior do que é.

Esse efeito também faz com que os pontos quentes nunca desapareçam de vista enquanto a estrela gira. Quando as equipes de pesquisa mapearam as formas do J0030, esperavam encontrar algo parecido com as imagens que ilustram os pulsares em livros, com um ponto no hemisfério norte da estrela. Mas, em vez disso, os pesquisadores identificaram até três "pontos quentes", todos no hemisfério sul.

As equipes então fizeram simulações em supercomputadores. O time de Riley usou círculos sobrepostos de diferentes tamanhos e temperaturas para recriar os sinais de raios-X. O resultado identificou dois pontos quentes, um pequeno e circular e o outro longo e em forma de crescente. Já o grupo de Miller realizou simulações com ovais de diferentes tamanhos e temperaturas e encontraram duas configurações possíveis - uma com duas ovais que se aproximam do padrão encontrado pela equipe de Riley, e outra que adiciona um terceiro ponto mais frio, ligeiramente torto, no polo sul do pulsar.

Em teoria, os astrofísicos já previam que as localizações e formas dos pontos quentes de um pulsar podem variar, mas os estudos da superfície do J0030 são os primeiros a verificar e mapear essas variações. Os cientistas ainda estão tentando descobrir porque os pontos dessa estrela são organizados dessa maneira, mas já é algo grandioso ver que os campos magnéticos dos pulsares são mais complicados do que o modelo tradicional.

Pesquisas como essa são importantes para determinar com precisão as características físicas dos pulsares, como massa e tamanho. Com isso, os cientistas poderão finalmente descobrir o estado dos núcleos das estrelas de nêutrons e sua matéria esmagada pela imensa pressão e densidade do objeto.

Fonte: NASA

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