Astrônomos descobrem a primeira nebulosa de vento em torno de um magnetar

0
1255
Esta imagem de raios-X mostra a emissão prolongada em torno de uma fonte conhecida como Swift J1834.9-0846, uma rara estrela de nêutrons ultra-magnética chamada magnetar. O brilho resulta de uma nuvem de partículas que se movem rapidamente produzida pela estrela de nêutrons e encurralada em torno dela. A cor indica energias de raios-X, 2.000 a 3.000 elétrons-volt (eV) em vermelho, 3,000 a 4,500 eV em verde, e 5.000 a 10.000 eV em azul. A imagem combina observações da espaçonave XMM-Newton, da Agência Espacial Europeia tiradas em 16 de Março e 16 de outubro de 2014. Crédito: ESA / XMM-Newton / Younes et al. 2016.

Artigo traduzido de NASA. Autor: Francis Reddy.

Astrônomos descobriram uma vasta nuvem de partículas de alta energia chamada nebulosa de vento em torno de uma rara estrela de nêutrons ultramagnética, ou magnetar, pela primeira vez. 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 maciça 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 rádio, luz visível, raios-X e raios gama em vários locais em seus campos magnéticos circundantes. Quando um pulsar gira estas regiões em nossa direção, os astrônomos detectam pulsos de emissão, daí o nome.

Esta ilustração compara o tamanho de uma estrela de nêutrons com a ilha de Manhattan, em Nova York, que tem cerca de 20 quilômetros de comprimento. A estrela de nêutrons é o núcleo esmagado remanescente quando uma enorme estrela explode como uma supernova e são os objetos mais densos que os astrônomos podem observar diretamente. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center.
Esta ilustração compara o tamanho de uma estrela de nêutrons com a ilha de Manhattan, em Nova York, que tem cerca de 20 quilômetros de comprimento. A estrela de nêutrons é o núcleo esmagado remanescente quando uma enorme estrela explode como uma supernova e são os objetos mais densos que os astrônomos podem observar diretamente. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center.

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

A nebulosa recém descoberta rodeia um magnetar conhecido como 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 de Scutum, na parte central da nossa galáxia.

“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, em Washington. “Se o processo aqui for semelhante, então cerca de 10% da perda de energia de rotação do 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 do 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 um magnetar. Um artigo descrevendo a análise será publicado pelo The Astrophysical Journal.

“Para mim, a questão mais interessante é: por que este é o único magnetar com uma nebulosa? Quando soubermos a resposta, talvez sejamos capazes de entender o que faz um magnetar e o que faz um pulsar”, disse a co-autora Chryssa Kouveliotou, professora do Departamento de Física da Columbian College of Arts and Sciences da George Washington University.

A mais famosa nebulosa de vento alimentada por um pulsar com menos de mil anos de idade, está no coração da remanescente de supernova Nebulosa do Caranguejo, na constelação de Touro. Pulsares jovens como este giram rapidamente, muitas dezenas de vezes por segundo. A rápida rotação do pulsar e o campo magnético forte trabalham em conjunto para acelerar elétrons e outras partículas a altas energias. Isso cria uma fluxo que os astrônomos chamam de vento do pulsar, que serve como fonte de partículas que compõem uma nebulosa de vento.

A nebulosa de vento mais conhecida é a Nebulosa do Caranguejo, localizada a cerca de 6.500 anos-luz de distância, na constelação de Touro. No centro está uma estrela de nêutrons que gira rapidamente e acelera partículas carregadas como elétrons até quase à velocidade da luz. À medida que eles giram em torno do campo magnético, as partículas emitem um brilho azulado. Esta imagem é uma composição de observações do Hubble feitas no final de 1999 e início de 2000. A Nebulosa do Caranguejo se estende por cerca de 11 anos-luz. Créditos: NASA, ESA, J. Hester e A. Loll (Arizona State University).
A nebulosa de vento mais conhecida é a Nebulosa do Caranguejo, localizada a cerca de 6.500 anos-luz de distância, na constelação de Touro. No centro está uma estrela de nêutrons que gira rapidamente e acelera partículas carregadas como elétrons até quase à velocidade da luz. À medida que eles giram em torno do campo magnético, as partículas emitem um brilho azulado. Esta imagem é uma composição de observações do Hubble feitas no final de 1999 e início de 2000. A Nebulosa do Caranguejo se estende por cerca de 11 anos-luz. Créditos: NASA, ESA, J. Hester e A. Loll (Arizona State University).

“Criar uma nebulosa de vento requer grandes fluxos de partículas, bem como alguma forma de prender o fluxo para que ele não fuja para o espaço”, disse a co-autora Alice Harding, astrofísica da NASA Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland. “Achamos que o escudo de expansão do remanescente de supernova serve como a garrafa, confinando o fluxo por alguns milhares de anos. Quando o casco se expande o suficiente, torna-se muito fraca para reter as partículas, que em seguida fogem, e a nebulosa desaparece.” Isto, naturalmente, explica porque as nebulosas de vento não são encontradas entre os pulsares mais velhos, mesmo aqueles com fluxos fortes.

Um pulsar drena sua energia de rotação para produzir luz e acelerar o seu vento de pulsar. Em contrapartida, uma explosão magnetar é alimentada por energia armazenada no campo magnético superforte. Quando o campo de repente se reconfigura a um estado de menor energia, esta energia é subitamente liberada em uma explosão de raios-X e raios gama. Assim, enquanto magnetares podem não produzir a brisa constante de um vento típico do pulsar, durante explosões eles são capazes de gerar breves tempestades de partículas aceleradas.

“A nebulosa em torno de J1834.9 armazena as saídas energéticas do magnetar ao longo de toda a sua história ativa, começando muitos milhares de anos atrás”, disse o membro da equipe Jonathan Granot, professor associado do Departamento de Ciências Naturais da Universidade Aberta em Ra’anana, Israel. “Ela representa uma oportunidade única para estudar a atividade histórica do magnetar, abrindo um novo playground para teóricos como eu.”

CONTINUAR LENDO