Astrônomos encontram evidências do pulsar mais poderoso em galáxia distante

Astrônomos analisando dados do VLA Sky Survey (VLASS) descobriram uma das mais jovens estrelas de nêutrons conhecidas – o remanescente superdenso de uma estrela massiva que explodiu como uma supernova. Imagens do Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) da National Science Foundation indicam que a emissão de rádio brilhante alimentada pelo campo magnético do pulsar giratório emergiu apenas recentemente de trás de uma densa concha de detritos da explosão da supernova.

Superior esquerdo: Uma estrela azul gigante, muito mais massiva que o nosso Sol, consumiu, através da fusão nuclear em seu centro, todo o seu hidrogênio, hélio e elementos mais pesados até o ferro. Agora tem um pequeno núcleo de ferro (ponto vermelho) em seu centro. Ao contrário dos estágios iniciais da fusão, a fusão de átomos de ferro absorve, em vez de liberar, energia. A energia liberada pela fusão que sustentou a estrela contra seu próprio peso agora se foi, e a estrela entrará em colapso rapidamente, desencadeando uma explosão de supernova. seu centro (inserção). A estrela de nêutrons, embora contenha cerca de 1,5 vezes a massa do Sol, é apenas do tamanho de São Paulo. 

Inferior esquerdo: A explosão da supernova ejetou uma casca de detritos em movimento rápido para o espaço interestelar. Neste estágio, a casca de detritos é densa o suficiente para encobrir qualquer onda de rádio vinda da região da estrela de nêutrons. Inferior direito: À medida que a casca de detritos da explosão se expande ao longo de algumas décadas, torna-se menos densa e, eventualmente, torna-se fina o suficiente que as ondas de rádio de dentro podem escapar. Isso permitiu que as observações do VLA Sky Survey detectassem a emissão de rádio brilhante criada à medida que o poderoso campo magnético da estrela de nêutrons girando rapidamente varre o espaço circundante, acelerando as partículas carregadas. Esse fenômeno é chamado de nebulosa de vento pulsar. Crédito: Melissa Weiss, NRAO/AUI/NSF

O objeto, chamado VT 1137-0337, está em uma galáxia anã a 395 milhões de anos-luz da Terra. Apareceu pela primeira vez em uma imagem VLASS feita em janeiro de 2018. Não apareceu em uma imagem da mesma região feita pelo FIRST Survey do VLA em 1998. Continuou a aparecer em observações VLASS posteriores em 2018, 2019, 2020 e 2022 .

“O que provavelmente estamos vendo é uma nebulosa de vento pulsar”, disse Dillon Dong, graduado da Caltech que iniciará uma bolsa de pós-doutorado Jansky no Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) no final deste ano. Uma nebulosa de vento pulsar é criada quando o poderoso campo magnético de uma estrela de nêutrons em rápida rotação acelera as partículas carregadas ao redor até quase a velocidade da luz.

“Com base em suas características, este é um pulsar muito jovem – possivelmente tão jovem quanto apenas 14 anos, mas não mais de 60 a 80 anos”, disse Gregg Hallinan, consultor de doutorado de Dong na Caltech.  Os cientistas relataram suas descobertas na reunião da American Astronomical Society em Pasadena, Califórnia.

Dong e Hallinan descobriram o objeto em dados do VLASS, um projeto do NRAO que começou em 2017 para pesquisar todo o céu visível do VLA – cerca de 80% do céu. Durante um período de sete anos, o VLASS está realizando uma varredura completa do céu três vezes, com um dos objetivos de encontrar objetos transitórios. Os astrônomos encontraram VT 1137-0337 na primeira varredura VLASS de 2018.

Comparando essa varredura VLASS com dados de uma pesquisa anterior do céu VLA chamada FIRST, revelou 20 objetos transitórios particularmente luminosos que podem estar associados a galáxias conhecidas.

“Esta se destacou porque sua galáxia está passando por uma explosão de formação estelar e também pelas características de sua emissão de rádio”, disse Dong. A galáxia, chamada SDSS J113706.18-033737.1, é uma galáxia anã contendo cerca de 100 milhões de vezes a massa do Sol.

Ao estudar as características de VT 1137-0337, os astrônomos consideraram várias explicações possíveis, incluindo uma supernova, uma explosão de raios gama ou um evento de ruptura de maré em que uma estrela é destruída por um buraco negro supermassivo. Eles concluíram que a melhor explicação é uma nebulosa de vento pulsar.

Nesse cenário, uma estrela muito mais massiva que o Sol explodiu como uma supernova, deixando para trás uma estrela de nêutrons. A maior parte da massa da estrela original foi lançada para fora como uma concha de detritos. A estrela de nêutrons gira rapidamente e, à medida que seu poderoso campo magnético varre o espaço circundante, acelera as partículas carregadas, causando fortes emissões de rádio. 

Inicialmente, a emissão de rádio foi bloqueada pela casca de detritos da explosão. À medida que essa concha se expandia, ela se tornava progressivamente menos densa até que as ondas de rádio da nebulosa do vento do pulsar pudessem passar.  Isso aconteceu entre a PRIMEIRA observação em 1998 e a observação VLASS em 2018”, disse Hallinan.

Provavelmente o exemplo mais famoso de uma nebulosa de vento pulsar é a Nebulosa do Caranguejo na constelação de Touro, o resultado de uma supernova que brilhou intensamente no ano de 1054. O Caranguejo é facilmente visível hoje em pequenos telescópios.

“O objeto que encontramos parece ser aproximadamente 10.000 vezes mais energético que o Caranguejo, com um campo magnético mais forte”, disse Dong. “Provavelmente é um ‘super caranguejo’ emergente”, acrescentou.

Embora Dong e Hallinan considerem que VT 1137-0337 provavelmente seja uma nebulosa de vento pulsar, também é possível que seu campo magnético seja forte o suficiente para que a estrela de nêutrons se qualifique como um magnetar – uma classe de objetos supermagnéticos. Magnetares são um dos principais candidatos para a origem dos misteriosos Fast Radio Bursts (FRBs) agora sob intenso estudo.

“Nesse caso, este seria o primeiro magnetar pego no ato de aparecer, e isso também é extremamente emocionante”, disse Dong.

De fato, alguns Fast Radio Bursts foram encontrados associados a fontes de rádio persistentes, cuja natureza também é um mistério. Eles têm uma forte semelhança em suas propriedades com o VT 1137-0337, mas não mostraram evidências de forte variabilidade.

“Nossa descoberta de uma fonte muito semelhante ligada sugere que as fontes de rádio associadas aos FRBs também podem ser nebulosas de vento pulsar luminosas”, disse Dong. Os astrônomos planejam realizar mais observações para aprender mais sobre o objeto e monitorar seu comportamento ao longo do tempo.

Fonte: phys.org