Uma equipe internacional liderada pelo Instituto Max Planck para Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein em Hannover) descobriu que o pulsar de rádio J0952-0607 também emite radiação gama pulsada.
© NASA/Cruz deWilde (pulsar e a sua pequena companheira estelar)
O J0952-0607 gira 707 vezes por segundo e é o segundo na lista de estrelas de nêutrons de rápida rotação. Através da análise de 8,5 anos de dados do telescópio espacial de raios gama Fermi da NASA, observações de rádio do LOFAR dos últimos dois anos, observações de dois grandes telescópios ópticos, e dados de ondas gravitacionais dos detectores LIGO, a equipe usou uma abordagem variada para estudar em detalhe o sistema binário do pulsar e da sua companheira leve. O estudo mostra que os sistemas pulsares extremos estão escondidos nos catálogos Fermi e motiva pesquisas adicionais. Apesar de muito extensa, a análise também levanta novas questões não respondidas sobre este sistema.
Os pulsares são os restos compactos de explosões estelares que possuem fortes campos magnéticos e que giram muito depressa. Emitem radiação como um farol cósmico e podem ser observados como pulsares de rádio e/ou pulsares de raios gama, dependendo da sua orientação para a Terra.
O PSR J0952-0607 foi descoberto pela primeira vez em 2017 por observações de rádio de uma fonte identificada pelo telescópio espacial de raios gama Fermi como possivelmente um pulsar. Não foram detectadas pulsações de raios gama nos dados do LAT (Large Area Telescope) a bordo do Fermi.
Observações com os radiotelescópios LOFAR identificaram uma fonte de rádio pulsante e juntamente com as observações por telescópios ópticos permitiram medir algumas propriedades do pulsar. Está orbitando o centro de massa comum em 6,2 horas com uma estrela companheira que tem apenas 1/50 da massa do nosso Sol. O pulsar tem a mais rápida rotação na nossa Galáxia para além dos densos ambientes dos aglomerados globulares.
Usando estas informações anteriores do sistema binário, Lars Nieder, estudante de doutoramento no Instituto Albert Einstein em Hannover, decidiu verificar se o pulsar também emitia raios gama pulsados. "Esta investigação é extremamente desafiadora porque o telescópio espacial de raios gama Fermi apenas registou o equivalente a cerca de 200 raios gama oriundos do pulsar fraco nos seus 8,5 anos de observações. Durante este período, o próprio pulsar girou 220 bilhões de vezes, ou seja, apenas foi observado um raio gama a cada bilhões de rotações!", explicou Nieder.
Isto requer vasculhar os dados com uma resolução muito fina para não perder nenhum sinal possível. O poder de computação necessário é enorme. A busca muito sensível por pulsações leves de raios gama levaria 24 anos a ser concluída num único núcleo de computador. Ao usarem o complexo computacional do Instituto Albert Einstein em Hannover, terminaram em apenas 2 dias.
A solução derivada continha outra surpresa, porque era impossível detectar pulsos de raios gama da estrela de nêutrons nos dados anteriores a julho de 2011. A razão pela qual o pulsar parece apenas mostrar pulsos após esta data é desconhecida. As variações na quantidade de raios gama emitidos podem ser uma razão, mas o pulsar é tão tênue que não foi possível testar esta hipótese com precisão suficiente. Alterações na órbita do pulsar, vistas em sistemas similares, também podem fornecer uma explicação, mas não havia sequer uma pista nos dados de que isto estava acontecendo.
A equipe também usou observações com o NTT (New Technology Telescope) do ESO em La Silla e com o GTC (Gran Telescopio Canarias) em La Palma para examinar a estrela companheira do pulsar. Muito provavelmente tem bloqueio de marés em relação ao pulsar, como a Lua em relação à Terra, de modo que um lado está sempre virado para o pulsar e é aquecido pela sua radiação. Embora a estrela companheira orbite o sistema de massa do binário, o seu lado "diurno" mais quente e o seu lado "noturno" mais frio são visíveis da Terra e o brilho e a cor observada variam.
Estas observações criam outro enigma. Embora as observações rádio apontem para uma distância de aproximadamente 4.400 anos-luz, as observações ópticas implicam uma distância cerca de três vezes maior. Se o sistema estivesse relativamente próximo da Terra, apresentaria uma companheira extremamente compacta e densa, nunca antes vista, enquanto as distâncias maiores são compatíveis com as densidades de companheiras pulsares semelhantes conhecidas. Uma explicação para esta discrepância pode ser a existência de ondas de choque no vento de partículas do pulsar, que podem levar a um aquecimento diferente da companheira. Mais observações de raios gama com o LAT do Fermi devem ajudar a responder a esta pergunta.
Outro grupo de pesquisadores do Instituto Albert Einstein procurou a emissão contínua de ondas gravitacionais do pulsar usando dados da primeira (O1) e da segunda (O2) campanhas de observação do LIGO. Os pulsares podem emitir ondas gravitacionais quando possuem pequenas "colinas" ou "inchaços" à sua superfície. A pesquisa não detectou ondas gravitacionais, o que significa que a forma do pulsar deve estar muito próxima de uma esfera perfeita, com as maiores deformações não excedendo frações de um milímetro.
A compreensão dos pulsares em rápida rotação é importante porque são sondas da física extrema. A rapidez com que as estrelas de nêutrons podem girar antes de se separarem devido às forças centrípetas é desconhecida e depende de física nuclear desconhecida. Os pulsares de milissegundo como J0952-0607 giram tão depressa porque foram acelerados pela acreção de matéria da sua companheira. Pensa-se que este processo enterre o campo magnético do pulsar. Com observações de raios gama a longo prazo, notou-se que J0952-0607 possui um dos dez campos magnéticos mais baixos já medidos para um pulsar, consistente com as expectativas teóricas.
Os astrônomos estão utilizando o projeto de computação distribuída de ciência cidadã, Einstein@Home, para procurar sistemas binários com pulsares de raios gama em outras fontes do LAT do Fermi para propiciar mais descobertas empolgantes no futuro.
O estudo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.
Fonte: Albert Einstein Institute
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