Estrela morta emite mistura de radiação nunca antes vista

Uma colaboração global de telescópios, incluindo o observatório espacial de alta energia Integral da ESA, detectou uma mistura única de radiação saindo de uma estrela morta na nossa Galáxia, algo que nunca foi visto antes neste tipo de estrela e que pode resolver um mistério cósmico de longa data.

© ESA (ilustração de um magnetar)

A descoberta envolve dois tipos de fenômenos cósmicos interessantes: magnetares e FRBs (Fast Radio Bursts). Os magnetares são remanescentes estelares com alguns dos campos magnéticos mais intensos do Universo. Quando se tornam "ativos", podem produzir rajadas curtas de radiação altamente energética que normalmente não duram nem um segundo, mas são bilhões de vezes mais luminosas que o Sol.

As FRBs são um dos principais mistérios não resolvidos da astronomia. Descobertos pela primeira vez em 2007, estes eventos pulsam intensamente em ondas de rádio durante apenas alguns milissegundos antes de desaparecer e raramente são vistos novamente. A sua verdadeira natureza permanece desconhecida, e nunca houve tal explosão dentro da Via Láctea, com uma origem conhecida, ou a emissão de qualquer outro tipo de radiação além do domínio das ondas de rádio, até agora.

No final de abril, SGR 1935+2154, um magnetar descoberto há seis anos na constelação de Vulpecula, após uma explosão substancial de raios X, tornou-se ativo novamente. Logo depois, foi visto algo surpreendente: este magnetar não apenas irradiava os seus habituais raios X, mas também ondas de rádio.

O IBAS (INTEGRAL Burst Alert System) alertou automaticamente os observatórios de todo o mundo sobre a descoberta em apenas alguns segundos. Isto levou horas antes que quaisquer outros alertas fossem emitidos, permitindo à comunidade científica agir rapidamente e explorar esta fonte em mais detalhe.

Uma curta e extremamente brilhante explosão de ondas de rádio na direção de SGR 1935+2154 foi observada através do radiotelescópio CHIME no Canadá no mesmo dia, no mesmo período da emissão de raios X. Isto foi confirmado de forma independente algumas horas depois pelo STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) nos EUA.

Esta é a primeira ligação observacional entre magnetares e FRBs. Esta ligação apoia fortemente a ideia de que as FRBs emanam dos magnetares e demonstra que as explosões destes objetos altamente magnetizados também podem ser detectadas nos comprimentos de onda de rádio. Os magnetares são cada vez mais populares entre os astrônomos, pois desempenham um papel fundamental na condução de vários eventos transitórios diferentes no Universo, desde explosões de supernovas superluminosas, até explosões distantes e energéticas de raios gama.

No momento da explosão, o magnetar estava no campo de visão de 30 por 30 graus do instrumento IBIS, levando a uma detecção automática pelo pacote de software IBAS do satélite, que é operado pelo Centro de Dados Científicos do Integral em Genebra, alertando imediatamente os observatórios em todo o mundo. Ao mesmo tempo, o SPI (Spectrometer on Integral) também detectou a explosão de raios X, juntamente com outra missão espacial, o HXMT (Hard X-ray Modulation Telescope, ou Insight) da China.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: ESA

Espiando o pulsar mais jovem descoberto até agora

Uma campanha de observação liderada pelo observatório espacial XMM-Newton da ESA revela o pulsar mais jovem alguma vez visto, o remanescente de uma estrela anteriormente massiva, que também é um magnetar, ostentando um campo magnético cerca de 100 milhões de vezes mais forte do que os imãs mais poderosos já construídos por humanos.

© ESA (ilustração de um magnetar)

Os pulsares são alguns dos objetos mais exóticos do Universo. Formam-se quando estrelas massivas terminam as suas vidas por meio de poderosas explosões de supernova e deixam para trás remanescentes estelares extremos: quentes, densos e altamente magnetizados. Às vezes, os pulsares também passam por períodos de atividade bastante alta, durante os quais emitem enormes quantidades de radiação energética em escalas de tempo de milissegundos a anos.

As explosões menores geralmente assinalam o início de um maior surto, quando a emissão de raios X se pode tornar mil vezes mais intensa. Uma campanha de vários instrumentos liderada pelo XMM-Newton captou agora uma explosão emanando do pulsar mais jovem alguma vez descoberto: Swift J1818.0−1607, que foi originalmente descoberto pelo Observatório Swift da NASA em março.

Este pulsar não é apenas o mais jovem dos 3.000 conhecidos na nossa Via Láctea, mas também pertence a uma categoria muito rara de pulsares: magnetares, os objetos cósmicos com os campos magnéticos mais fortes já medidos no Universo.

"Swift J1818.0−1607 fica a cerca de 15.000 anos-luz de distância, dentro da Via Láctea," diz o autor principal Paolo Esposito da Escola Universitária de Estudos Superiores de Pavia, Itália.

"Identificar algo tão jovem, logo após se formar no Universo, é extremamente empolgante. As pessoas na Terra poderiam ver a explosão de supernova que formou este magnetar jovem há cerca de 240 anos, bem no meio das revoluções americana e francesa."

Este magnetar é um dos objetos do seu tipo com mais rápida rotação conhecida, girando uma vez a cada 1,36 segundos, apesar de conter a massa de dois sóis num remanescente estelar que mede apenas 25 km de diâmetro.

Imediatamente após a descoberta, os astrônomos examinaram este objeto em mais detalhe com o XMM-Newton, com os satélites Swift e NuSTAR da NASA e com o Radiotelescópio da Sardenha na Itália.

Ao contrário da maioria dos magnetares, que são observáveis apenas em raios X, as observações revelaram que Swift J1818.0−1607 é um dos poucos que também mostra emissão pulsada no rádio.

O fato de poder ser observado tanto em raios X como no rádio fornece uma pista importante para um debate científico em andamento sobre a natureza de um tipo específico de remanescente estelares: os pulsares.

Um tipo de pulsar especialmente magnetizado, pensa-se que os magnetares sejam incomuns no Universo, sendo detectados apenas cerca de 30 deles, e supõe-se que sejam distintos de outros tipos de pulsar que aparecem fortemente nas emissões de rádio.

Mas os pesquisadores de raios X suspeitam há muito tempo que os magnetares podem ser bem mais comuns do que esta visão sugere. Esta nova descoberta apoia a ideia de que, em vez de serem exóticos, podem formar uma fração substancial dos pulsares encontrados na Via Láctea.

Além disso, pode não haver uma diversidade de pulsares tão ampla quanto se pensava inicialmente. Os fenômenos distintos mostrados pelos magnetares também podem ocorrer em outros tipos de pulsares, assim como Swift J1818.0−1607 exibe características (emissão de rádio) geralmente não atribuídas aos magnetares.

Exemplos de eventos transientes incluem explosões de raios gama, explosões de supernova superluminosas e os misteriosos FRBs (Fast Radio Bursts). Estes eventos energéticos estão potencialmente ligados à formação e existência de objetos jovens e fortemente magnetizados, como Swift J1818.0−1607.

"Para inferir a idade deste magnetar, os pesquisadores precisaram de medições de alta resolução a longo prazo, tanto do ritmo de rotação, tanto de como a rotação muda ao longo do tempo," acrescenta o cientista Norbert Schartel, do projeto XMM-Newton da ESA.

"O instrumento EPIC (European Photon Imaging Camera) do XMM-Newton observou Swift J1818.0−1607 apenas três dias após a sua descoberta, permitindo a extração de uma imagem precisa da sua emissão de raios X e propiciando a caracterização com mais detalhe de suas propriedades espectrais e de rotação."

"Este tipo de investigação é extremamente importante para entender mais sobre o conteúdo estelar da Via Láctea e para revelar a complexidade dos fenômenos que ocorrem em todo o Universo."

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: ESA

Uma das supernovas mais luminosas já descobertas

No início de 2016, em um ponto no céu a meio caminho entre a Ursa Maior e o Polaris, a supernova mais luminosa já observada disparou.

© M. Weiss (ilustração da supernova SN 2016aps)

Mas não há necessidade de verificar seu registro de observação ou arquivo de fotos: a explosão ocorreu em uma pequena galáxia a cerca de 3 bilhões de anos-luz de distância e nunca se tornou mais brilhante que a magnitude 18. O limite de percepção visual humana é de magnitude 6 e inferior.

Os astrônomos descobriram a supernova, denominada SN 2016aps, em 22 de fevereiro de 2016, usando o telescópio Pan-STARRS em Haleakala, Havaí. Após quatro anos de observações de acompanhamento com vários telescópios terrestres e espaciais, incluindo Keck e o telescópio espacial Hubble, uma equipe liderada por Matt Nicholl (Universidade de Birmingham, Reino Unido) publicou suas descobertas na Nature Astronomy.

De acordo com Nicholl e seus colegas, a energia irradiada da explosão foi de 5 x 10⁴⁴  joule, cerca de quatro vezes a produção total de energia do nosso Sol durante toda a sua vida útil de 10 bilhões de anos e 500 vezes a energia irradiada média de uma supernova normal.

Uma explosão de 2015 conhecida como ASASSN-15lh ainda era mais luminosa, mas ninguém sabe se ela realmente era uma supernova, poderia ter sido um evento de perturbação das marés, onde uma estrela é destruída pelas forças de maré de um buraco negro supermassivo.

Por outro lado, a SN 2016aps não estava perto de um núcleo galáctico, estava em uma região de formação de estrelas e tinha um espectro que se parecia com outras supernovas ultraluminosas. No entanto, o evento ainda pode ter sido um evento de ruptura de maré por um buraco negro de massa intermediária.

Se a SN 2016aps realmente fosse uma supernova, sua extrema luminosidade não poderia ser explicada pelo decaimento radioativo ou transporte de neutrinos. Os pesquisadores argumentam que a estrela pode ter sido cercada por uma espessa camada de material, provavelmente camadas estelares externas lançadas anteriormente. A colisão da supernova ejecta com essa concha poderia ter transformado metade de sua energia cinética em radiação. Mas, mesmo assim, não está claro o que tornou a explosão tão enérgica.

Como foi proposto para outras supernovas  muito luminosas, o núcleo da estrela massiva progenitora pode ter colapsado em um magnetar de milissegundos, uma estrela de nêutrons fortemente magnetizada que gira centenas de vezes por segundo. A rotação do magnetar teria fornecido a aceleração a supernova ejetando com tremendas velocidades. Ou a SN 2016aps pode ter sido uma supernova de instabilidade de pares, na qual a formação de pares elétron-pósitron no núcleo da estrela em colapso desencadeia uma explosão termonuclear descontrolada.

Dada a assinatura de hidrogênio relativamente forte no espectro da supernova, os pesquisadores sugerem que a estrela progenitora pode ter sido a remanescente de mais de 100 massas solares da fusão de duas estrelas menos massivas.

Os futuros telescópios, como o Observatório Vera C. Rubin e o telescópio espacial James Webb, poderão encontrar mais eventos energéticos. De fato, a equipe de Nicholl argumenta que o JWST poderia detectar uma explosão como a SN 2016, que passou para um desvio para o vermelho de 5, oferecendo um meio de investigar diretamente a morte de estrelas da primeira geração.

Fonte: SKY & Telescope

Emissão veloz de rádio ligada a uma galáxia anã distante

Uma das raras e breves explosões de ondas cósmicas de rádio que confundiram os astrônomos, desde que foram detectadas há quase 10 anos, foi finalmente ligada a uma fonte: uma galáxia anã antiga a mais de 3 bilhões de anos-luz da Terra.

© Danielle Futselaar (ilustração da localização de uma explosão rápida de rádio captada pelo VLA)

As explosões rápidas no rádio, que piscam por apenas alguns milissegundos, criaram agitação entre os astrônomos porque pareciam estar vindo de fora da nossa Galáxia, o que significa que teriam de ser muito poderosas para serem avistadas da Terra, e porque nenhuma dessas observadas pela primeira vez foram vistas novamente.

No entanto, uma explosão repetida foi descoberta em 2012, proporcionando uma oportunidade para uma equipe de pesquisadores monitorar repetidamente a sua área do céu com o VLA (Karl Jansky Very Large Array) no estado norte-americano do Novo México e o radiotelescópio de Arecibo em Porto Rico, na esperança de determinar a sua localização.

Graças ao desenvolvimento de gravação de dados em alta velocidade e software de análise de dados em tempo real, por um astrônomo da Universidade da Califórnia, Berkeley, o VLA detectou no ano passado um total de nove explosões durante um período de um mês, o suficiente para localizá-las dentro de uma área com um décimo de segundo de arco no céu. Subsequentemente, maiores interferômetros de rádio europeus e americanos localizaram as explosões até um centésimo de segundo de arco, numa região com aproximadamente 100 anos-luz em diâmetro.

As imagens profundas dessa região, pelo Telescópio Gemini Norte no Havaí, mostraram a existência de uma galáxia anã muito tênue no visível, que o VLA descobriu também emitindo continuamente ondas de rádio de baixo nível, típicas de uma galáxia com um núcleo ativo talvez indiciativo de um buraco negro supermassivo central. A galáxia tem uma baixa abundância de elementos que não hidrogênio e hélio, o que sugere que a galáxia se formou durante a meia-idade do Universo.

 

© U. C. Berkeley (localização e posição da emissão de rádio)

Enquanto o radiotelescópio de Arecibo pôde apenas localizar a emissão de rádio na área dentro dos dois círculos vistos na imagem acima, o VLA foi capaz de determinar a sua posição numa galáxia anã dentro do quadrado, que pode ser vista na intersecção das linhas na imagem ampliada no canto inferior direito.

A origem de uma explosão rápida no rádio, neste tipo de galáxia anã, sugere uma ligação com outros eventos energéticos que ocorrem em galáxias anãs semelhantes, diz Casey Law, astrônomo de Berkeley, que liderou o desenvolvimento do sistema de aquisição de dados e criou o software de análise para procurar explosões rápidas e singulares.

Segundo o cientista, as estrelas explosivas extremamente brilhantes e as longas explosões de raios gama também ocorrem neste tipo de galáxia. Pensa-se que ambos os eventos estejam associados com estrelas de nêutrons massivas, altamente magnetizadas e de rotação rápida a que chamamos magnetares. As estrelas de nêutrons são objetos compactos e densos formados em explosões de supernova, vistos principalmente como pulsares porque emitem pulsos de rádio periódicos enquanto giram.

"Todas estas evidências apontam para a ideia de que neste ambiente, algo produz estes magnetares," explica Law. "Podem ser formados por uma supernova superluminosa ou por uma longa explosão de raios gama e, depois, à medida que evolui e a sua rotação diminui um pouco, produz estas rajadas de rádio, bem como uma emissão de rádio contínua alimentada por essa diminuição na rotação. Mais tarde na sua vida, parece que os magnetares que vemos na nossa Galáxia, que têm campos magnéticos extremamente fortes, rodam mais como pulsares comuns."

No entanto, isto é apenas uma teoria. Existem muitas outras, apesar de novos dados excluírem várias explicações sugeridas para a fonte dessas explosões.

"Nós somos os primeiros a mostrar que este é um fenômeno cosmológico. Não é algo no nosso quintal cósmico. E somos os primeiros a ver onde este fenômeno ocorreu, nesta pequena galáxia, o que eu acho que é uma surpresa," comenta Law. "Agora o nosso objetivo é descobrir porque é que isto acontece."

Law, o líder da equipe Shami Chatterjee da Universidade de Cornell e outros astrônomos do grupo científico apresentaram os seus achados esta semana na reunião da Sociedade Astronômica Americana em Grapevine, no estado norte-americano do Texas.

As explosões rápidas no rádio são altamente energéticas, embora não sejam suficientemente energéticas para fazer explodir uma estrela, e têm vida muito curta, durando apenas entre um e cinco milissegundos. Estas rajadas de ondas de rádio permaneceram um mistério desde que a primeira foi descoberta em 2007 por pesquisadores que vasculhavam dados arquivados do Radiotelescópio Parkes na Austrália, em busca de novos pulsares. A explosão que encontraram teve lugar em 2001.

Existem agora 18 explosões rápidas no rádio conhecidas, todas descobertas usando radiotelescópios com uma única antena que não são capazes de determinar a localização do objeto com precisão suficiente para permitir que outros observatórios identifiquem o ambiente ou que as encontrem em outros comprimentos de onda. A primeira e única explosão repetida que conhecemos, de nome FRB 121102, foi descoberta na direção da constelação de Cocheiro em novembro de 2012 pelo Observatório Arecibo em Porto Rico, e já ocorreu várias vezes.

Os pesquisadores utilizam métodos para encontrar rajadas transitórias no rádio como estas, o que exige a obtenção de cerca de um terabyte de dados por hora. No VLA, ele atualmente usa 24 CPUs (unidades centrais de processamento) em paralelo, tanto para gravar como para pesquisar os dados em busca de breves explosões de rádio.

"O tema geral, primeiro com o ATA (Allen Telescope Array) e agora com o VLA, é usar estes interferômetros como câmaras de alta velocidade, pegando na sensível capacidade de imagem do telescópio, aumentando a taxa de dados e melhorando os nossos algoritmos para ter acesso a estes transientes na escala de tempo dos milissegundos. "Nós realmente esforçamo-nos para capturar de modo confiável este fluxo de dados de um terabyte por hora e para configurar uma plataforma em tempo real que extraia estas rápidas e tênues explosões desse fluxo de dados gigantesco."

A primeira explosão foi descoberta nos dados apenas algumas horas depois de ter sido gravada no dia 23 de agosto, realça Law.

"Observamos durante cerca de 40 horas no início do ano passado e não vimos nada," explica. "Então começamos uma nova campanha no outono de 2016, e na nossa primeira observação vimos uma. Então observamos por mais outras 40 horas e vimos mais oito rajadas."

Law espera mudar em breve para 64 GPUs (unidades de processamento gráfico) dedicados e mais poderosos para que a análise em tempo real seja possível.

Enquanto Law tem a sua hipótese principal para a origem destas rápidas rajadas de rádio, um magnetar rodeado por qualquer material expelido por uma explosão de supernova ou por um pulsar resultante, existem outras possibilidades. Uma alternativa é que o núcleo ativo da galáxia, com emissão de rádio proveniente de jatos de material emitidos pela região em torno de um buraco negro supermassivo. A fonte da explosão rápida no rádio está até 100 anos-luz das emissões contínuas de rádio oriundas do núcleo da galáxia, sugerindo que são as mesmas ou que estão fisicamente associadas.

A descoberta foi publicada na revista científica Nature e em dois artigos complementares que serão publicados na revista Astrophysical Journal Letters.

Fonte: University of California

O mais lento pulsar já detectado

Usando o observatório de raios X Chandra da NASA e outros observatórios de raios X, astrônomos encontraram evidências de um dos pulsares mais extremos já detectado.

© Chandra/DSS (RCW 103)

A fonte exibe propriedades de uma estrela de nêutrons altamente magnetizada, ou magnetar, mas o seu período de rotação deduzido é milhares de vezes maior do que qualquer pulsar já observado.

Durante décadas, os astrônomos sabem que existe, uma fonte compacta densa no centro de RCW 103, os restos de uma explosão de supernova localizado a cerca de 9.000 anos-luz da Terra. Esta imagem composta mostra RCW 103 e sua fonte central, conhecida oficialmente como 1E 161.348-5055, ou simplesmente IE 1613, em três faixas de luz de raios X detectadas pelo Chandra. Nesta imagem, os raios X de energia mais baixos estão em vermelho, os raios X intermediários estão em verde, e os raios X de energia mais elevadas estão em azul. A fonte de raios X azul brilhante no meio do RCW 103 é 1E 1613. Os dados de raios X foram combinadas com uma imagem óptica do Digitized Sky Survey (DSS).

Observadores tinham previamente acordado que 1E 1613 é uma estrela de nêutrons, uma estrela extremamente densa criada pela supernova que produziu RCW 103. No entanto, a variação regular no brilho de raios X da fonte, com um período de cerca de seis horas e meia, apresentou um quebra-cabeça. Todos os modelos propostos tiveram problemas para explicar esta periodicidade lenta, mas as principais ideias eram que qualquer estrela de nêutrons que gira muito lentamente por causa de um mecanismo inexplicável, ou uma estrela de nêutrons mais rápida que está em órbita com uma estrela normal num sistema binário.

Em 22 de junho, 2016, um instrumento a bordo do telescópio Swift da NASA captou o lançamento de uma breve explosão de raios X de 1E 1613. A detecção do Swift chamou a atenção dos astrônomos, porque a fonte exibiu flutuações extremamente rápidas em uma escala de tempo de milissegundos, semelhante a outros magnetars conhecidos. Esses objetos exóticos possuem os mais poderosos campos magnéticos no Universo, trilhões de vezes maiores que os observados no Sol, e pode entrar em erupção com enormes quantidades de energia.

Uma equipe de astrônomos liderados por Nanda Rea, da Universidade de Amsterdam utilizou rapidamente outros dois telescópios em órbita, o Chandra e NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) para acompanhar as observações.

Novos dados deste trio de telescópios de alta energia, e os dados de arquivo de Chandra, Swift e XMM-Newton da ESA, confirmou que 1E 1613 tem as propriedades de um magnetar, tornando-se apenas o 30º conhecido. Estas propriedades incluem as quantidades relativas de raios X produzidos em diferentes energias e a forma como a estrela de nêutrons se esfriou após a explosão em 2016 e outra explosão vista em 1999. A explicação do sistema binário é considerada improvável porque os novos dados mostram que a resistência da variação periódica em raios x muda dramaticamente tanto com a energia dos raios X quanto com o tempo. No entanto, este comportamento é típico em magnetares.

Mas o mistério da rotação lenta permaneceu. A fonte está girando uma vez a cada 24.000 segundos (6,67 horas), muito mais lenta do que os magnetares mais lentos conhecidos até agora, que giram em torno de uma vez a cada 10 segundos. Isso tornaria a mais lent estrela de nêutrons já detectada.

Os astrônomos esperam que uma única estrela de nêutrons estará girando rapidamente após o seu nascimento na explosão de supernova e, então, diminui ao longo do tempo, uma vez que perde energia. No entanto, os pesquisadores estimam que a estrela magnética dentro de RCW 103 tem cerca de 2.000 anos de idade, não havendo tempo suficiente para o pulsar abrandar o seu período por meios convencionais.

Enquanto ainda não está claro por que 1E 1613 está girando muito lentamente, os cientistas têm algumas ideias. Um cenário principal é que os restos da estrela que explodiu colapsou para linhas do campo magnético em torno da estrela de nêutrons, fazendo-a girar mais lentamente com o tempo. Pesquisas estão sendo feitas para outros magnetares girando muito lentamente para estudar esta ideia com mais detalhes.

Outro grupo, liderado por Antonino D'Aì no Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) em Palermo, Itália, monitorou 1E 1613 em raios X usando o Swift e à luz do infravermelho próximo e visível usando o telescópio de 2,2 metros no Europeu Southern Observatory (ESO) em La Silla, Chile, para procurar qualquer contrapartida de baixa energia à explosão de raios X. Eles também concluíram que 1E 1613 é um magnetar com um período de rotação muito lento.

Um artigo descrevendo os resultados da equipe de Rea aparece no periódico Astrophysical Journal Letters. Um artigo descrevendo os resultados da equipe de D'Aì foi aceito para publicação no periódico Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

Fonte: NASA

Descoberta a primeira nebulosa de vento em torno de uma magnetar

Astrônomos descobriram pela primeira vez uma vasta nuvem de partículas de alta energia chamada nebulosa de vento em torno de uma rara estrela de nêutrons extremamente magnética, ou magnetar.

© ESA/XMM-Newton/G. Younes (imagem em raios X da emissão em torno de uma magnetar)

Esta imagem em raios X mostra a emissão prolongada em torno de uma fonte conhecida como Swift J1834.9-0846. O brilho surge a partir de uma nuvem de partículas que se movem rapidamente produzidas pela estrela de nêutrons e encurraladas em torno dela. A Cor indica energias de raios X, com 2.000 a  3.000 eV (elétrons-volt) em vermelho, 3.000 a 4.500 eV em verde, e 5.000 a 10.000 eV em azul.

A descoberta oferece uma janela única para as propriedades, meio ambiente e história das explosões de magnetares, que são os ímãs mais fortes do Universo.

A estrela de nêutrons é o núcleo esmagado de uma estrela massiva que ficou sem combustível, entrou em colapso sob seu próprio peso e explodiu como uma supernova. Cada uma delas comprime a massa equivalente a meio milhão de Terras em uma bola com apenas 20 quilômetros de diâmetro. Estrelas de nêutrons são mais comumente encontrado como pulsares, que produzem emissões de rádio, luz visível, raios X e raios gama em vários locais em seus campos magnéticos circundantes. Quando um pulsar gira, estas regiões são focalizadas em nossa direção, os astrônomos detectam pulsos de emissão.

Os campos magnéticos dos pulsares típicos podem ser de 100 bilhões a 10 trilhões de vezes mais fortes que o da Terra. Os campos das magnetares chegam a ser milhares de vezes ainda mais fortes, e os cientistas não sabem os detalhes de como elas são criadas. De cerca de 2.600 estrelas de nêutrons conhecidas, até agora, apenas 29 são classificadas como magnetares.

A nebulosa recém-descoberta rodeia a magnetar Swift J1834.9-0846, que foi descoberto pelo satélite Swift da NASA, em 07 de agosto de 2011, durante uma breve explosão de raios X. Os astrônomos suspeitam que o objeto está associado com o remanescente de supernova W41, localizado a cerca de 13.000 anos-luz de distância na constelação do Escudo, na parte central da da Via Láctea.

“Neste momento, nós não sabemos como J1834.9 desenvolveu e continua a manter uma nebulosa de vento, que até agora era uma estrutura vista apenas cercando jovens pulsares”, disse o pesquisador George Younes, pesquisador de pós-doutorado na Universidade George Washington. “Se o processo aqui for semelhante, então cerca de 10% da perda de energia de rotação da magnetar está alimentando o brilho da nebulosa, o que seria a mais alta eficiência já medida num sistema semelhante”.

Um mês após a descoberta do Swift, uma equipe liderada por Younes fez outra observação do J1834.9 usando o observatório XMM-Newton de raios X da ESA, que revelou um brilho assimétrico incomum cerca de 15 anos-luz de diâmetro do centro da magnetar. Novas observações do XMM-Newton em março e outubro de 2014, juntamente com dados arquivados do XMM-Newton e do Swift, confirmaram este brilho prolongado como a primeira nebulosa de vento já identificada em torno de uma magnetar.

Um artigo descrevendo a análise será publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Goddard Space Flight Center

Explosão estelar mais brilhante já registrada

Um equipe de astrônomos do Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics relatou o registro da mais brilhante supernova conhecida até hoje.

© Wayne Rosing (ilustração da explosão da supernova brilhante)

A ilustração acima mostra como seria a explosão da supernova descoberta vista de um planeta a 10 mil anos luz de distância.

A supernova ASASSN-15lh, também denominada SN 2015L, está localizada a 3,8 bilhões de anos-luz de distância. Esta é 570 bilhões de vezes mais luminosa do que o Sol e com luminosidade aproximadamente 20 vezes maior que da Via Láctea! A supernova ASASSN-15lh possui uma luminosidade bolométrica de 2,2 ± 0,2 × 10⁴⁵ ergs/s.

A supernova foi descoberta no dia 14 de Junho de 2015 pela equipe do All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN), em Cerro Tololo, no Chile, uma colaboração internacional que utiliza uma rede de pequenos telescópios automatizados em vários pontos do mundo para descobrir supernovas. A infraestrutura fotografa todo o céu em 2 ou 3 noites, essencial para detectar estes eventos numa fase tão precoce quanto possível, e consegue detectar supernovas normais em galáxias até 350 milhões de anos-luz.

Na última década, foram descobertos alguns exemplos raros do que parece ser uma nova classe de supernovas deficientes em hidrogênio e extremamente luminosas, as Super Luminous Supernovae (SLSNe). A energia liberada por estes objetos é desconcertante e forçou os astrofísicos a encontrar formas de explodir estrelas com diferentes características capazes de explicar as observações. Se uma estrela anã branca começar a roubar massa de uma vizinha vermelha gigante, por exemplo, sua gravidade fica tão alta que ela acaba implodindo, gerando então a supernova. Esse tipo de explosão, porém, conhecida como de tipo I, tem características de frequência de luz diferente de ASASSN-15lh, além de serem menos energéticas.

A teoria diz-nos que a luminosidade de uma supernova depende quase exclusivamente da quantidade de um isótopo radioativo de Níquel, o ⁵⁶Ni, que é formado durante a fase inicial da explosão.

Nas semanas e meses seguintes a supernova brilha com a energia liberada pelos raios gama produzidos pelo decaimento do ⁵⁶Ni num isótopo de Cobalto, o ⁵⁶Co, e deste último num isótopo estável do Ferro, o ⁵⁶Fe. Uma supernova normal produz aproximadamente uma massa solar de ⁵⁶Ni.

A luminosidade deste novo grupo de supernovas implica, no entanto, a formação de algumas dezenas de massas solares de ⁵⁶Ni durante a explosão.

Só estrelas muito massivas, com massas superiores a aproximadamente 150 vezes a massa do Sol, e com baixo teor em metais, elementos mais pesados do que o hidrogênio e hélio, conseguem produzir uma tal quantidade de ⁵⁶Ni quando explodem como supernovas.

Estrelas como estas são muito raras no Universo atual pois a maior parte do material interestelar, a partir do qual se formam as estrelas, está contaminado com metais produzidos por gerações sucessivas de estrelas.

© DES/ASAS-SN (galáxia antes e durante a explosão da supernova ASASSN-15lh)

Esta imagem acima é uma comparação de uma imagem pré-explosão de cores falsas do Dark Energy Survey (DES) e de imagem de acompanhamento a partir do LCOGT 1, cortesia de Benjamin Shappee.

A teoria sugere que estrelas tão massivas não explodem pelo mecanismo de colapso gravitacional do núcleo, que desencadeia uma supernova normal, mas por outro processo designado por pair instability. O interior destas estrelas é extremamente quente devido à enorme massa e à compressão resultante. Num determinado momento da sua evolução, a energia dos fótons de raios gama no interior da estrela, proveniente das reações nucleares e que sustentam o peso das camadas exteriores, pode tornar-se tão elevada que os fótons se transformam espontaneamente em pares de elétron-pósitron. Esta reação absorve uma fração importante da energia disponível para manter a estrela em equilíbrio, e a zona nuclear começa a contrair-se rapidamente. Ao contrário do que acontece num colapso gravitacional clássico, esta contração aumenta as temperaturas no interior até um nível que gera uma cadeia de reações de fusão nuclear de forma descontrolada, as quais libertam energia suficiente para vencer a gravidade e destruir por completo a estrela.

Esta primeira proposta para explicar a luminosidade extrema das SLSNe foi posta em causa anos mais tarde por Matt Nicholl, do Astrophysics Research Centre, Queen’s School of Mathematics and Physics, e colaboradores. Segundo esta equipe, as SLSNe podem ser mais normais, resultantes do colapso gravitacional de estrelas progenitoras com massas menos extremas do que as postuladas pelo cenário anterior; a energia extra provém não da formação de uma grande quantidade de ⁵⁶Ni, mas é fornecida por uma magnetar, uma estrela de nêutrons com um campo magnético extraordinariamente intenso.

As magnetars são extremamente raras; são conhecidas apenas 20 destas estrelas de nûetrons em toda a Via Láctea. Estima-se que, no instante em que são criadas, girem em torno do seu eixo de rotação 300 vezes por segundo e tenham um campo magnético mil vezes mais intenso do que o de uma estrela de nêutrons normal, quatrilhões de vezes mais intenso do que o campo magnético terrestre. No cenário apresentado pela equipe de Nicholl, uma magnetar formada numa supernova, perde energia rotacional através do seu campo magnético que, por sua vez, transfere essa energia para o plasma que forma o remanescente da supernova.

Os cálculos realizados mostram que a quantidade de energia transferida por este processo da magnetar permite explicar de forma quase perfeita as observações existentes das SLSNe. Este cenário pode também explicar uma outra característica das magnetars: o fato de terem períodos de rotação anormalmente longos (entre 1 e 10 segundos) quando comparadas com outras estrelas de nêutrons, como se algum mecanismo tivesse sugado esta energia rotacional precocemente.

Neste contexto, a descoberta da ASASSN-15lh mostra que a quantidade de energia liberada nesta explosão é difícil de explicar com a hipótese da magnetar.

"A quantidade absurda de energia liberada por essa supernova pressiona a teoria de formação de magnetares", afirma Benjamin Shappee, astrônomo da Instituição Carnegie, de Washington, um dos líderes do estudo. "Mais trabalhos serão necessários para entender a fonte de energia desse objeto extraordinário e se há outras supernovas similares a essa Universo afora."

Fonte: Science

Explosões de raios gama de longa duração têm origem em magnetar

Observações obtidas nos observatórios de La Silla e Paranal no Chile demonstraram pela primeira vez que existe uma ligação entre uma explosão de raios gama de longa duração e uma explosão de supernova de brilho incomum.

© ESO (ilustração de uma explosão de raios gama e de uma supernova originadas por um magnetar)

Os resultados mostram que a supernova não teve origem em decaimento radioativo, como se esperava, mas sim em campos magnéticos muito fortes decaindo em torno de um objeto exótico conhecido como magnetar.

As explosões de raios gama constituem um dos eventos associados às maiores explosões que ocorreram desde o Big Bang. São detectadas por telescópios em órbita sensíveis a este tipo de radiação altamente energética, a qual não consegue penetrar a atmosfera terrestre, e são igualmente observadas a maiores comprimentos de onda por outros telescópios, situados tanto no espaço como no solo.
As explosões de raios gama duram tipicamente alguns segundos, mas em casos muito raros podem ocorrer durante horas. As explosões de raios gama de longa duração duram entre 2 e 2.000 segundos. Existem quatro explosões conhecidas com durações entre 10.000 e 25.000 segundos, as chamadas explosões de raios gama de duração muito longa. Uma destas explosões de longa duração foi captada pelo satélite Swift em 9 de dezembro de 2011 e chamada GRB 111209A. Foi simultaneamente uma das mais longas e mais brilhantes explosões de raios gama já observada. Existe também uma classe distinta de explosões de curta duração que se pensa ter origem num mecanismo diferente.
À medida que o brilho remanescente da explosão ia desaparecendo, o evento foi estudado pelo instrumento GROND montado no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros em La Silla e pelo instrumento X-shooter no Very Large Telescope (VLT) no Paranal. Foi encontrada uma assinatura clara de uma supernova, chamada mais tarde SN 2011kl. Esta é a primeira vez que uma supernova é descoberta associada a uma explosão de raios gama de muito longa duração. A ligação entre supernovas e explosões de raios gama de longa duração (normal) foi estabelecida inicialmente em 1998, principalmente através de observações da supernova 1998bw obtidas nos observatórios do ESO, e confirmada em 2003 com a GRB 030329.
O autor principal do novo artigo científico que descreve estes resultados, Jochen Greiner do Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha, explica: “Uma vez que apenas uma explosão de raios gama de longa duração é produzida para cada 10.000 a 100.000 supernovas, a estrela que explodiu deve ser de algum modo muito especial. Os astrônomos pensavam que estas explosões de raios gama tinham origem em estrelas muito massivas, cerca de 50 vezes a massa do Sol, e que assinalavam a formação de um buraco negro. No entanto, as nossas novas observações da supernova SN 2011kl, descoberta após a GRB 111209A, estão modificando este paradigma relativamente às explosões de raios gama de muito longa duração.”
Num cenário favorável do colapso de uma estrela massiva, espera-se que a intensa emissão ótica/infravermelha da supernova, com duração de cerca de uma semana, venha do decaimento do níquel-56 radioativo formado durante a explosão. Pensa-se que a explosão de raios gama propriamente dita tem origem em jatos relativísticos produzidos pelo material da estrela colapsando para um objeto compacto central através de um disco de acreção denso e quente. No entanto, no caso de GRB 111209A as observações combinadas do GROND e do VLT mostraram sem ambiguidades, e pela primeira vez, que isto não era o que se passava. A quantidade de níquel-56 medido na supernova com o instrumento GROND é demasiado elevada para poder ser compatível com a emissão ultravioleta forte que se observa com o instrumento X-shooter. Outras sugestões foram igualmente postas de lado. Outras fontes de energia sugeridas para explicar as supernovas superluminosas eram interações por choques com o material circundante, possivelmente ligadas a conchas estelares ejetadas antes da explosão, ou uma estrela progenitora supergigante azul. No caso da SN 2011kl as observações excluem de forma clara ambas estas hipóteses.
A única explicação que justifica as observações da supernova associada à GRB 111209A é que esta terá tido origem numa magnetar, uma estrela de nêutrons minúscula que gira centenas de vezes por segundo e que possui um campo magnético muito mais potente que as estrelas de nêutrons normais, as quais são também conhecidas por pulsares rádio. As pulsares constituem a classe mais comum de estrelas de nêutrons observáveis. Pensa-se que as estrelas magnéticas desenvolvem campos magnéticos 100 a 1.000 vezes mais fortes que os observados nas pulsares. Pensa-se que as magnetares são os objetos mais magnetizados no Universo conhecido. Esta é a primeira vez que uma ligação clara entre uma supernova e uma magnetar foi identificada.
Paolo Mazzali, co-autor do estudo, reflete sobre o significado desta nova descoberta: “Estes resultados fornecem evidências de uma relação inesperada entre explosões de raios gama, supernovas muito brilhantes e magnetares. Já há alguns anos que suspeitávamos de algumas destas relações do ponto de vista teórico, mas conseguir ligar tudo isto é realmente um desenvolvimento muito interessante.”
“O caso de SN 2011kl e GRB 111209A obriga-nos a considerar alternativas ao cenário de uma estrela em colapso. Estes resultados aproximam-nos de ideias novas e muito mais claras sobre o funcionamento das explosões de raios gama”, conclui Jochen Greiner.

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “A very luminous magnetar-powered supernova associated with an ultra-long gamma-ray burst”, de J. Greiner et al., que será publicado amanhã na revista Nature.

Fonte: ESO

Magnetar próxima de buraco negro supermassivo revela surpresas

Em 2013, os astrônomos anunciaram que eles tinham descoberto uma magnetar, excepcionalmente próxima ao buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, usando um conjunto de telescópios espaciais, incluindo o observatório de raios X Chandra da NASA.

© NASA/CXC/M.Weiss (ilustração de uma estrela de nêutrons com intensos campos magnéticos)

Magnetars são estrelas densas colapsadas (chamadas “estrela de nêutrons”) que possuem campos magnéticos enormes e poderosos. A uma distância que poderia ser menor que 0,3 anos-luz (cerca de 3,15 trilhões de quilômetros) do buraco negro de 4 milhões de massas solares no centro da Via Láctea, a magnetar é de longe a estrela de nêutrons mais próxima de um buraco negro supermassivo já descoberta e está provavelmente num entrave gravitacional.

Desde a sua descoberta a dois anos atrás, quando ela teve uma explosão de raios X, os astrônomos veem monitorando ativamente a magnetar, chamada de SGR 1745-2900, com o Chandra e com o XMM-Newton da ESA.

© Chandra/XMM-Newton (SgrA* e a magnetar)

A imagem acima mostra a região ao redor do buraco negro da Via Láctea em raios X do Chandra (vermelho, verde e azul são os raios X de energia baixa, média e alta, respectivamente). O detalhe contém uma observação do Chandra na área logo ao redor do buraco negro, mostrando uma imagem combinada obtida entre 2005 e 2008 (esquerda), quando a magnetar não havia sido detectada, e uma observação de 2013 (direita) quando ela foi registrada como um ponto brilhante durante a explosão de raios X que levou a sua descoberta.

Um novo estudo usa observações de monitoramento de longo prazo para revelar que a quantidade de raios X da SGR 1745-2900 está caindo mais lentamente do que outras magnetars observadas anteriormente, e sua superfície é mais quente do que se esperava.

A equipe primeiro considerou se “sismos estelares” são capazes de explicar seu comportamente incomum. Quando estrelas de nêutrons, incluindo as magnetars, se formam, elas podem desenvolver uma crosta no lado de fora da estrela condensada. Ocasionalmente, essa crosta externa se rompe, bem parecido com o que acontece na superfície da Terra, que pode se fraturar com terremotos. Embora os sismos estelares possam explicar a mudança no brilho e o resfriamento observado em muitas magnetars, os autores descobriram que esse mecanismo por si só é incapaz de explicar a queda no brilho de raios X e a temperatura quente da crosta. A diminuição do brilho em raios X e o resfriamento da superfície, ocorrem muito rapidamente no modelo dos sismos estelares.

Os pesquisadores sugerem que o bombardeamento da superfície da magnetar por partículas carregadas aprisionadas nas espirais do campo magnético acima da superfície podem fornecer o aquecimento adicional da superfície da magnetar, e ser responsável pelo lento declínio em raios X. Essas espirais do campo magnético podem ser geradas quando a estrela de nêutrons se forma.

Os pesquisadores não acham que o comportamento incomum das magnetars é causado pela sua proximidade de um buraco negro supermassivo, já que a distância é muito grande ainda para uma forte interação via campos magnéticos ou pela gravidade.

Os astrônomos continuam estudando a SGR 1745-2900 para descobrir mais pistas  sobre o que está acontecendo com essa magnetar enquanto ela orbita o buraco negro supermassivo da nossa galáxia.

Estes resultados aparecem no periódico Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

FRB 140514: uma rápida explosão de rádio

Um grupo internacional de astrônomos usando o radiotelescópio Parkes de 64 metros no leste da Austrália observou uma rápida explosão de rádio que aconteceu ao vivo.

© NASA (ilustração de uma magnetar)

Nos últimos anos, os astrônomos têm observado um novo fenômeno, uma breve explosão de ondas de rádio que dura poucos milissegundos.

Esse tipo de fenômeno foi observado pela primeira vez em 2007, quando os cientistas vasculharam os dados de arquivos do radiotelescópio Parkes. Desde então, eles conseguiram ver mais seis explosões como essa nos dados do telescópio e uma sétima explosão foi encontrada nos dados obtidos pelo telescópio de Arecibo em Porto Rico.

Esses sinais foram quase todos descobertos muito tempo depois deles terem ocorrido, mas desde então, os astrônomos começaram a buscar especificamente por esse tipo de sinal no momento em que eles acontecem.

Agora, uma equipe de astrônomos liderada por Emily Petroff da Swinburne University of Technology e do Australia Telescope National Facility tem obtido sucesso em observar a primeira explosão ao vivo.

“Essas explosões eram geralmente descobertas semanas ou meses ou até mais de uma década depois que elas aconteciam. Nós fomos os primeiros a registrar esse tipo de sinal em tempo real”, disse Petroff, que é a principal autora de um artigo que descreve a descoberta.

As características do evento, chamado de FRB 140514, indicam que a fonte da explosão estava localizada a mais de 5,5 bilhões de anos-luz da Terra.

“Essa explosão libera mais ou menos a mesma quantidade de energia em poucos milissegundos equivalente à energia liberada pelo Sol em um dia”, disse a co-autora Dra. Daniele Malesani do Dark Cosmology Centre da University of Copenhagen.

O FRB 140514 deixou outra pista para a sua identidade, mas uma pista enigmática. O radiotelescópio Parkes, captou sua polarização, algo que não tinha sido registrado nas demais explosões.

A polarização pode ser pensada como a direção na qual as ondas eletromagnéticas, como as ondas de luz e de rádio, “vibram”. Ela pode ser linear ou circular.

A emissão de rádio da fonte FRB 140514 foi mais de 20% polarizada de maneira circular, o que nos dá uma pista da existência de campos magnéticos perto da fonte.

“Juntas, as nossas observações permitiram que os cientistas pudessem definir as fontes propostas para as explosões, incluindo supernovas próximas”, disse o co-autor Dr. Mansi Kasliwal do Carnegie Institution for Science.

“Explosões de raios gama curtas, ainda são uma possibilidade, além das distantes estrelas de nêutrons magnéticas, ou magnetars, já as longas explosões de raios gama não são cogitadas como fonte”.

“Identificar a origem das rápidas explosões de rádio é agora uma questão de tempo. Nós armamos a armadilha. Agora é só esperarmos para que uma nova explosão caia nela”, disse Petroff.

Fonte: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

Sismos gigantes em estrela de nêutrons

As estrelas de nêutrons resultam do colapso gravitacional de estrelas maciças e luminosas. A certa altura na evolução destas estrelas, o seu núcleo deixa de produzir energia suficiente para sustentar o seu próprio peso.

© NASA/Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger (ruptura momentânea da crosta de um magnetar)

Quando isto acontece, e numa fração de segundo, o núcleo sofre um colapso gravitacional, ou seja, é esmagado pela sua própria gravidade, sendo comprimido até atingir uma densidade semelhante à de um núcleo atômico. O resultado é uma estrela de nêutrons, com 20 km de diâmetro e uma temperatura de milhões de Kelvin. A conservação do momento angular durante o colapso faz com que a estrela de nêutrons recém formada gire sobre si própria várias dezenas de vezes por segundo.

Também o campo magnético do núcleo da estrela original aumenta de intensidade ao ser comprimido. Uma estrela de nêutrons típica tem um campo magnético 1 trilhão de vezes mais intenso do que o da Terra e conduz o plasma existente na sua vizinhança ao longo das linhas do campo até este colidir em 2 regiões opostas na superfície. A colisão aquece o plasma nestas regiões a temperaturas muito elevadas dando origem à emissão intensa de radiação em várias bandas do espectro eletromagnético. Se a orientação da estrela de nêutrons é adequada, a sua rotação vira estas regiões emissoras na direção da Terra, uma vez por cada rotação, como se se tratasse de um farol. Esta estrela de nêutrons é denominada pulsar.

Quando certas condições durante o colapso gravitacional se conjugam, por exemplo, se o núcleo da estrela original tem uma velocidade de rotação inicial muito elevada, o campo magnético da estrela de nêutrons que se forma cresce de forma exponencial, atingindo uma intensidade mil vezes superior ao de uma estrela de nêutrons normal. Estas estrelas de nêutrons têm propriedades especiais e são designadas por magnetar. Até à data conhecem-se apenas 23 magnetares na Via Láctea. Pensa-se que existem apenas durante algumas centenas de milhares de anos. Durante este período o campo magnético dissipa parte substancial da sua energia inicial até que o que resta é uma estrela de nêutrons normal.

Tanto quanto foi possível determinar, através de modelos teóricos confrontados com observações, as estrelas de nêutrons, e os magnetares também, têm uma estrutura relativamente simples. A uma atmosfera de poucos centímetros formada por um plasma a milhões de Kelvin, segue-se uma crosta de 2 km com uma estrutura cristalina formada por íons metálicos, de ferro e níquel principalmente, através da qual fluem com partículas como elétrons. Suspeita-se que o interior da estrela é formado por um superfluído, um fluído com viscosidade zero, de partículas elementares, principalmente nêutrons e, talvez, na sua região mais central, quarks, as partículas constituintes dos prótons e dos nêutrons. O campo magnético das estrelas de nêutrons deve-se a um poderoso efeito de dínamo devido às cargas elétricas em movimento, em especial na crosta cristalina, conjugadas com a rotação rapidíssima da estrela. O mesmo efeito, mas com uma intensidade muito menor, é observado na Terra. No nosso planeta, no entanto, não é a crosta que gera o efeito de dínamo mas antes uma camada exterior do núcleo, fluida e condutora de eletricidade, constituída fundamentalmente por ferro, níquel e vestígios de outros elementos.

Nas magnetares, a intensidade do campo magnético é tão grande, e este está de tal forma ancorado na crosta da estrela, onde alterações no campo magnético provocam tensões, e ajustes na forma da crosta provocam a reconfiguração do campo magnético. Este fenômeno assemelha-se aos tremores de terra no nosso planeta, mas não é devido ao atrito de placas tectônicas, mas antes à interação da crosta com o campo magnético. Forçada pelo campo magnético, a crosta tem rupturas momentâneas que reorganizam o campo magnético e provocam a dissipação de energia, gerando sismos estelares. A energia libertada é tão grande que toda a estrela vibra depois de um destes eventos. Em teoria, estas vibrações deveriam deixar uma impressão detectável nos raios X e gama libertados pela magnetar. Isto foi precisamente o que uma equipe de cientistas observou numa magnetar utilizando o telescópio Fermi, que observa fontes de raios gama.

Em 2009, o Fermi detectou várias erupções de raios gama provenientes da magnetar SGR J1550−5418, localizada a 15 mil anos-luz na constelação do Altar. O magnetar manteve-se quiescente até Outubro 2008. Nesse momento entrou num período de grande atividade, com numerosas erupções, que terminou em Abril de 2009. As erupções mais intensas libertaram tanta energia como a produzida pelo Sol em todos os comprimentos de onda durante 20 anos! A atividade da estrela foi visível também em raios X de alta energia, detectados pelos telescópios SWIFT e Rossi X-ray Timing Explorer, ambos da NASA, que observaram centenas de erupções de raios X e gama. Analisando os raios gama libertados pela magnetar durante este período, os cientistas detectaram um padrão que mostra que as erupções foram acompanhadas por vibrações na crosta da estrela equivalentes a um tremor de terra de magnitude 23. Por comparação, o tremor de terra mais intenso de que há registo foi no Chile, em 1960, com magnitude 9,5. Note-se que esta escala é logarítmica e, no caso, uma diferença de 2 magnitudes corresponde a mil vezes a energia dissipada. Assim, um tremor de terra de magnitude 23 corresponde a uma dissipação de energia mais de um quintilhão de vezes superior ao tremor de terra do Chile.

Esta descoberta é de suma importância no estudo das estrelas de nêutrons e das magnetares em particular. Os teóricos desenvolveram vários modelos para descrever a estrutura interna das estrelas de nêutrons mas sem observações como esta, em que foi possível quantificar as vibrações provocadas na superfície da estrela em função da energia libertada pela reconfiguração do campo magnético, seria difícil determinar qual dos modelos está correto. As densidades que prevalecem no interior das estrelas de nêutrons não podem ser reproduzidas em laboratório na Terra pelo que este tipo de observações indiretas fornecem pistas importantes para compreender a sua estrutura interna.

Um artigo descrevendo a pesquisa foi publicado no The Astrophysical Journal.

Fonte: Goddard Space Flight Center

Resolvido o mistério da formação de estrelas magnéticas?

As estrelas magnéticas são os estranhos restos extremamente densos que resultam de explosões de supernovas.

© ESO/L. Calçada (ilustração da estrela magnética no aglomerado estelar Westerlund 1)

São os objetos com o campo magnético mais poderoso que se conhecem no Universo, milhões de vezes mais potentes que os mais fortes imãs na Terra. Uma equipe de astrônomos, usando o Very Large Telescope (VLT) do ESO, descobriu pela primeira vez a estrela companheira de uma estrela magnética. Esta descoberta ajuda a explicar como é que estes objetos se formam - um debate que já dura 35 anos - e porque é que esta estrela tão particular não colapsou para formar um buraco negro, como seria de esperar.

Quando uma estrela de massa muito elevada colapsa sob o efeito da sua própria gravidade durante a explosão de uma supernova, dá origem a uma estrela de nêutrons ou a um buraco negro. As estrelas magnéticas são uma forma peculiar e muito exótica de estrela de nêutrons. Tal como todos estes objetos estranhos, as estrelas magnéticas são muito pequenas e possuem campos magnéticos extremamente potentes. As superfícies destes objetos emitem enormes quantidades de raios gama quando sofrem um ajustamento súbito chamado “tremor de estrela”, resultado das enormes forças a que as suas crostas estão sujeitas.

© ESO (aglomerado estelar Westerlund 1)

O aglomerado estelar Westerlund 1, situado a 16.000 anos-luz de distância na constelação austral do Altar, acolhe uma das duas dúzias de estrelas magnéticas conhecidas na Via Láctea. É a chamada CXOU J16470.2-455216, que muito tem intrigado os astrônomos.

O aglomerado aberto Westerlund 1 foi descoberto na Austrália em 1961 pelo astrônomo sueco Bengt Westerlund. Este aglomerado encontra-se por detrás de uma enorme nuvem de gás e poeira, que bloqueia a maioria da radiação visível emitida. O fator de escurecimento é mais de 100.000, tendo sido esta a razão pela qual se demorou tanto tempo para descobrir a verdadeira natureza deste aglomerado tão peculiar.
O Westerlund 1 é um autêntico laboratório natural para o estudo da física estelar extrema, ajudando os astrônomos a descobrir como é que as estrelas de maior massa da Via Láctea vivem e morrem. A partir de observações, os astrônomos concluíram que esteaglomerado contém, muito provavelmente, não menos de 100.000 vezes a massa do Sol, e que todas as suas estrelas se situam numa região com uma dimensão inferior a 6 anos-luz. O Westerlund 1 parece assim ser o aglomerado jovem de maior massa mais compacto identificado até agora na Via Láctea.
Todas as estrelas deste aglomerado que até agora foram analisadas têm massas de, pelo menos, 30 a 40 vezes a massa do Sol. Uma vez que tais estrelas têm vidas relativamente curtas conclui-se que o Westerlund 1 deve ser muito jovem, com uma idade entre 3,5 e 5 milhões de anos, o que o torna claramente um aglomerado recém nascido na nossa Galáxia.

“O nosso trabalho anterior mostrou que a estrela magnética no enxame Westerlund 1 deve ter nascido de uma explosão de uma estrela moribunda com cerca de 40 vezes a massa do Sol, o que em si mesmo constitui um problema, já que se pensa que estrelas com estes valores de massa colapsem para dar origem a buracos negros e não a estrelas de nêutrons. No momento não percebemos como é que este objeto poderia ter originado uma estrela magnética,” diz Simon Clark, autor principal do artigo que descreve estes resultados.

Os astrônomos propuseram uma solução para este mistério, sugerindo que a estrela magnética se teria formada a partir das interações entre duas estrelas de elevada massa que orbitariam em torno uma da outra num sistema binário tão compacto que caberia no interior da órbita da Terra em torno do Sol. No entanto, até agora não tinha sido detectada nenhuma estrela companheira na posição da estrela magnética de Westerlund 1. Por isso, os astrônomos utilizaram o VLT para a procurarem em outras regiões deste aglomerado. Fizeram uma busca de estrelas fugidias, objetos que escapam do aglomerado com velocidades muito elevadas, que poderiam ter sido ejetadas para fora da sua órbita pela explosão de supernova que deu origem à estrela magnética. Uma estrela, chamada CI* Westerlund 1 W 5 (ou simplesmente Westerlund 1-5), parece corresponder aos critérios de busca dos astrônomos.
“Esta estrela não só possui um movimento consistente com o fato de ter recebido um “pontapé” da supernova mas é também demasiado brilhante para ter nascido como estrela isolada. Mais ainda, possui uma composição rica em carbono altamente invulgar, impossível de obter numa estrela única, uma pista importante que nos mostra que se deve ter formado originalmente com uma companheira num binário de estrelas,” acrescenta Ben Ritchie (Open University), um dos autores do novo artigo científico.
Esta descoberta permitiu reconstruir a história da vida estelar que deu origem à formação da estrela magnética, em vez do esperado buraco negro. À medida que as estrelas envelhecem, as reações nucleares que ocorrem no seu interior modificam a sua composição química, os elementos que alimentam as reações gastam-se, enquanto que os produtos das reações se vão acumulando. Esta impressão digital química é inicialmente rica em hidrogênio e azoto e pobre em carbono. É apenas numa idade muito mais avançada das estrelas que a concentração de carbono aumenta, momento em que o hidrogênio e o azoto já estão severamente reduzidos. Pensa-se que é impossível que uma estrela isolada seja simultaneamente rica em hidrogênio, azoto e carbono, como é o caso da Westerlund 1-5. Na primeira fase deste processo, a estrela de maior massa do par começa a ficar sem combustível, transferindo as suas camadas mais exteriores para a companheira de menor massa, que está destinada a tornar-se uma estrela magnética, e fazendo com que esta gire cada vez mais depressa. Esta rotação rápida parece ser o ingrediente essencial na formação do campo magnético muito intenso da estrela magnética.
Numa segunda fase, e como resultado desta transferência de matéria,  a companheira fica com tanta massa que, por sua vez, descarta uma enorme quantidade desta matéria recém adquirida. A maior parte dessa massa perde-se no espaço mas uma pequena quantidade volta à estrela original que vemos ainda hoje brilhando, a Westerlund 1-5.
“É este processo de troca de material que conferiu à Westerlund 1-5 uma assinatura química tão invulgar e permitiu que a massa da sua companheira diminuísse para níveis suficientemente baixos, dando assim origem a uma estrela magnética em vez de um buraco negro, um jogo da ‘batata quente’ estelar com consequências cósmicas!” conclui o membro da equipe Francisco Najarro (Centro de Astrobiologia, Espanha). 
Assim, o aspecto de uma estrela pertencer a um binário parece ser um ingrediente essencial na confecção de uma estrela magnética. A rotação rápida criada pela transferência de matéria entre as duas estrelas é necessária para dar origem ao campo magnético extremamente intenso e uma segunda fase de transferência de material faz com que a estrela destinada a tornar-se uma estrela magnética "emagreça" o suficiente para não colapsar sob a forma de buraco negro no momento da sua morte.

Este trabalho será brevemente publicado na revista Astronomy & Astrophysics (“A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: IV.Wd1-5 binary product and a pre-supernova companion for the magnetar CXOU J1647-45” de J. S. Clark et al.). A mesma equipe publicou um primeiro estudo deste objeto em 2006 (“A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1” de M. P. Muno et al., Astrophysical Journal, 636, L41).

Fonte: ESO

Supernovas são energizadas por magnetars?

A descoberta recente de supernovas de tipo II anormalmente luminosas e muito distantes induziram pesquisadores a pensar que poderiam estar presenciando a explosão de estrelas por um processo, proposto por teóricos em finais dos anos 60, designado de par instável.

© ESO/L.Calçada (magnetar)

A luminosidade de uma supernova, mais concretamente, o tempo que demora a atingir o brilho máximo e o intervalo de tempo durante o qual consegue manter um brilho elevado, depende quase exclusivamente da quantidade de um isótopo radioativo de Níquel, o ⁵⁶Ni, que é formado durante a fase inicial da explosão. Nas semanas e meses seguintes a supernova brilha em resultado dos raios gama produzidos pelos decaimentos do ⁵⁶Ni num isótopo de Cobalto, o ⁵⁶Co, e deste último num isótopo estável do Ferro, o ⁵⁶Fe. Uma supernova de tipo II normal produz aproximadamente uma massa solar de ⁵⁶Ni. Supernovas muito luminosas têm de produzir uma grande quantidade de ⁵⁶Ni durante a explosão; cada uma das supernovas estudadas foi tão luminosa que deveria ter produzido algumas dezenas de massas solares deste isótopo.

Só estrelas muito maciças, estrelas com massas superiores a aproximadamente 150 vezes a massa do Sol, e com baixo teor em “metais”, elementos mais pesados do que o hidrogênio e hélio, conseguiriam produzir tal quantidade de ⁵⁶Ni. Estrelas como estas são muito raras no Universo atual pois a maior parte do material interestelar, a partir do qual se formam as estrelas, está contaminado com “metais” produzidos por gerações sucessivas de estrelas; por outro lado, seriam mais abundantes quando o Universo era mais jovem. Estrelas tão maciças não explodem pelo mecanismo de colapso gravitacional, como é o caso das supernovas de tipo II (com linhas de hidrogênio no espectro), mas antes pelo referido processo de par instável. O interior destas estrelas é extremamente quente devido à enorme massa e à compressão resultante. Num determinado momento a energia dos fótons de raios gama no interior da estrela, que sustentam o peso das camadas exteriores, pode tornar-se tão elevada que os fótons se transformam espontaneamente em pares de elétron-pósitron, daí a palavra par. Esta reação absorve uma fração importante da energia disponível para manter a estrela em equilíbrio, daí a palavra instável, e a zona nuclear começa a contrair-se rapidamente. Ao contrário do que acontece num colapso gravitacional clássico, no entanto, esta contração aumenta as temperaturas no interior até um nível que deflagra uma cadeia de reações de fusão nuclear de forma descontrolada, as quais libertam energia suficiente para vencer a gravidade e destruir por completo a estrela. Trata-se de um mecanismo semelhante ao de uma bomba termonuclear, a bomba de hidrogênio.

Ao observar estas supernovas tão luminosas a bilhões de anos no passado, os astrônomos sugeriram, naturalmente, que poderiam tratar-se dos primeiros exemplos de supernovas de par instável. Entretanto, um artigo agora propõe um cenário alternativo para explicar a luminosidade destas supernovas. Matt Nicholl, do Astrophysics Research Centre, Queen’s School of Mathematics and Physics, e os seus colaboradores, realizaram cálculos que sugerem que estas supernovas podem ser mais normais, resultantes do colapso gravitacional de estrelas progenitoras com características menos extremas do que as avançadas pelo cenário anterior; no novo cenário, a energia suplementar que permitiria uma tal supernova atingir um pico de brilho acima do normal e manter-se brilhante durante mais tempo teria origem numa magnetar, uma estrela de nêutrons com um campo magnético extraordinariamente intenso. As magnetars, formam-se em supernovas de colapso gravitacional em circunstâncias ainda mal compreendidas. São conhecidas apenas 20 destas estrelas de nêutrons em toda a Via Láctea. Estima-se que, no instante em que são criadas, girem em torno do seu eixo de rotação 300 vezes por segundo e tenham um campo magnético mil vezes mas intenso do que o de uma estrela de nêutrons normal e quadrilhões de vezes mais intenso do que o campo magnético terrestre. No cenário apresentado por Nicholl e co-autores, uma magnetar formada numa supernova, perde energia rotacional através do seu campo magnético que, por sua vez, transfere essa energia para o plasma de partículas e núcleos atômicos que forma o remanescente da supernova. Os cálculos realizados pela equipe mostram que a quantidade de energia transferida por este processo de frenagem da magnetar permite explicar de forma quase perfeita as observações existentes das supernovas de luminosidade anormalmente elevada. Este cenário pode também explicar uma outra característica das magnetars: o fato de terem períodos de rotação anormalmente longos (entre 1 e 10 segundos) quando comparadas com outras estrelas de nêutrons, como se, no seu caso, algum mecanismo tivesse sugado essa energia rotacional precocemente.

Fonte: Nature

Magnetar com intensos campos magnéticos

Cientistas usando o telescópio espacial XMM-Newton da ESA descobriram que uma curiosa estrela morta tem escondido um dos mais fortes campos magnéticos do Universo, apesar das sugestões anteriores terem indicado um campo magnético baixo.

© ESA (ilustração de uma magnetar)

O objeto conhecido como SGR 0418+5729 (SGR 0418) é uma magnetar, um tipo particular de estrela de nêutrons.

Uma estrela de nêutrons é o núcleo morto de uma estrela que já foi massiva e que colapsou sobre si mesma depois de queimar todo o combustível e explodir num dramático evento de supernova. Elas são objetos extremamente densos, tendo uma massa maior que a do Sol em uma esfera de somente 20 km de diâmetro, ou seja do tamanho de uma cidade.

Uma pequena proporção das estrelas de nêutrons se formam e vivem brevemente como magnetars, denominadas assim devido aos intensos campos magnéticos, bilhões a trilhões de vezes maior do que aqueles gerados em aparelhos de ressonãncia magnética nos hospitais, por exemplo. Esses campos fazem com que a magnetar entre em erupção esporadicamente com explosões de radiação de alta energia.

A SGR 0418, localiza-se na nossa galáxia, a aproximadamente 6.500 anos-luz de distância da Terra. Ela foi detectada pela primeira vez em 2009 pelos telescópios espaciais Fermi da NASA e Koronas-Photon da Roscosmos, quando repentinamente se iluminou em raios X e raios gama leves. Ela foi estudada subsequentemente por uma frota de observatórios, incluindo o XMM-Newton da ESA.

“Até bem recentemente, todas as indicações eram que essa magnetar tinha um dos campos magnéticos superficiais mais fracos que se conhece, em 6 x 10¹² Gauss, algo em torno de 100 vezes mais baixo do que as magnetars típicas”, disse Andrea Tiengo do Instituto Universitario di Studi Superiori, em Pavia, na Itália e principal autor de um artigo publicado na Nature.

“Entender esses resultados foi um desafio. Contudo, nós suspeitamos que a SGR 0418 tinha de fato um campo magnético mais forte, fora do alcance das nossas técnicas analíticas tradicionais”.

As magnetars giram mais lentamente do que as estrelas de nêutrons, mas ainda assim completam uma rotação em poucos segundos. A maneira normal de determinar o campo magnético de uma magnetar é medir a taxa com a qual a rotação declina. Três anos de observação da SGR 0418 tem levado os astrônomos a inferirem um campo magnético fraco.

A nova técnica desenvolvida pelo Dr. Tiengo e seus colaboradores envolve a pesquisa da variação do espectro de raios X da magnetar em intervalos extremamente curtos de tempo enquanto ela está em rotação. Esse método permite que os astrônomos possam analisar o campo magnético em muito mais detalhe e tem revelado que a SGR 0418 é na verdade uma monstruosa magnetar.

“Para explicar nossas observações, essa magnetar precisa ter um campo magnético super forte e contorcido que alcança 10¹⁵ Gauss através de pequenas regiões em sua superfície, se espalhando por somente algumas centenas de metros”, disse Tiengo.

“Na média, o campo pode parecer fraco, como os resultados anteriores sugeriam. Mas nós somos agora capazes de pesquisar por subestruturas na superfície e ver que o campo é muito forte localmente”.

Uma analogia simples pode ser feita com campos magnéticos localizados ancorados nas manchas solares, onde uma mudança na configuração pode repentinamente levar ao seu colapso e à produção de uma flare, no caso da SGR 0418, uma explosão de raios X.

“Os dados espectrais fornecidos pelo XMM-Newton, combinados com uma nova maneira de analisar os dados, permitiu que pudéssemos finalmente fazer as primeiras medidas detalhadas do campo magnético de uma magnetar, confirmando que ela possui um dos maiores valores já medidos no Universo”, adiciona Norbert Schartel, cientista de Projeto do XMM-Newton da NASA.

“Nós agora temos uma nova ferramenta para pesquisar os campos magnéticos de outras magnetars, o que nos ajudará a restringir cada vez mais os modelos desses objetos tão exóticos”.

Fonte: ESA