Os astrónomos acabaram de resolver um mistério de longa data sobre uma estrela de neutrões rara e de rotação rápida chamada PSR J1023+0038. Usando o telescópio IXPE da NASA e uma série de observatórios, os cientistas descobriram que os intensos raios X do sistema não provêm do seu disco de acreção brilhante, como se pensava anteriormente, mas do vento caótico de partículas de alta velocidade lançadas pelo próprio pulsar. As descobertas desafiam modelos antigos e revelam um mecanismo único e poderoso por trás da radiação pulsar. Isto muda drasticamente a nossa compreensão de como as estrelas mortas ainda iluminam o universo.

Diagrama artístico da região central do sistema binário PSR J1023+0038, incluindo o pulsar, o disco de acreção interno e o vento do pulsar. Créditos das imagens: Marco Maria Messa, Universidade de Milão/INAF-OAB; Maria Cristina Baglio, INAF-OAB

Uma equipa global de astrónomos fez uma grande descoberta sobre como os restos energéticos de estrelas em explosão interagem com o espaço circundante. Os pesquisadores usaram o IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA, juntamente com vários outros observatórios, para obter novos insights sobre esse comportamento cósmico dinâmico.

Estes cientistas dos Estados Unidos, Itália e Espanha concentraram a sua investigação num misterioso sistema estelar chamado PSR J1023+0038 (abreviadamente J1023). O sistema apresenta uma estrela de nêutrons em rotação rápida que absorve material de uma estrela companheira menor. Como resultado, um disco de acreção de material se forma ao redor da estrela de nêutrons. A estrela de nêutrons também atua como um pulsar, emitindo um intenso feixe de radiação de seus pólos magnéticos à medida que gira, criando um padrão semelhante a um farol varrendo o espaço.

O que torna o J1023 tão importante é a sua capacidade de alternar entre dois estágios diferentes. A certa altura, o pulsar absorve ativamente material da sua estrela companheira. Numa outra fase, torna-se mais silencioso, enviando pulsos detectáveis ​​na forma de ondas de rádio. Devido a esse comportamento, os astrônomos o classificam como um “pulsar transicional de milissegundos”.

Ilustração artística da espaçonave IXPE em órbita, usada para estudar fenômenos de alta energia a anos-luz da Terra. Fonte da imagem: NASA, editada

"Os pulsares transicionais de milissegundos são laboratórios cósmicos que nos ajudam a entender como as estrelas de nêutrons evoluem em sistemas binários", disse Maria Cristina Baglio, pesquisadora do Observatório Brera do Instituto Nacional de Astrofísica de Melate (INAF), Itália, e autora principal de um artigo no Astrophysical Journal Letters que descreve as novas descobertas.

A maior questão dos cientistas sobre este sistema pulsar é: de onde vêm os raios X? As respostas informarão teorias mais amplas sobre a aceleração de partículas, a física de acreção e o ambiente em torno das estrelas de nêutrons no universo.

A fonte dos raios os surpreendeu: raios X dos ventos do pulsar, uma mistura caótica de gás, ondas de choque, campos magnéticos e partículas aceleradas perto da velocidade da luz, colidindo com o disco de acreção.

Para determinar isso, os astrônomos precisam medir os ângulos de polarização dos raios X e da luz visível. A polarização é uma medida de quão organizadas são as ondas de luz. Eles observaram a polarização dos raios X usando o IXPE, o único telescópio capaz de fazer esta medição no espaço, e compararam-na com a polarização óptica no Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul, no Chile. Lançado em dezembro de 2021, o IXPE fez muitas observações de pulsares, mas o J1023 é o primeiro sistema desse tipo que explorou.

O Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) da NASA e o Observatório Neil Grylls Swift forneceram observações valiosas do sistema em luz de alta energia. Outros telescópios que contribuem com dados incluem o Carl G. Jansky Very Large Array em Magdalena, Novo México.

O resultado: os cientistas descobriram que os ângulos de polarização de diferentes comprimentos de onda eram iguais. “Esta descoberta é uma forte evidência de que a luz que observamos é sustentada por um mecanismo físico único e coerente”, disse o coautor principal do estudo, Francesco Coti Zelati, do Instituto de Ciências Espaciais de Barcelona, ​​​​Espanha.

Os investigadores dizem que esta explicação desafia a visão convencional da radiação das estrelas de neutrões em sistemas estelares binários. Modelos anteriores sugeriam que os raios X vinham de discos de acreção, mas o novo estudo mostra que eles se originam de ventos pulsares.

Vento pulsar como motor de energia primária

“O IXPE observou muitos pulsares isolados e descobriu que os ventos dos pulsares alimentam os raios X”, disse Philip Kaaret, astrofísico Marshall da NASA e investigador principal do IXPE no Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama. "Estas novas observações mostram que o vento pulsar alimenta grande parte da produção de energia do sistema."

Os astrônomos continuam a estudar pulsares transicionais de milissegundos e a avaliar como a física observada se compara à de outros pulsares e nebulosas de vento pulsar. Baglio e Cody Zelati concordam que estas observações ajudarão a refinar modelos teóricos que descrevem como os ventos pulsares produzem radiação e aproximarão os investigadores de uma compreensão completa da física em ação nestes sistemas cósmicos extraordinários.

Compilado de /scitechdaily