IXPE descobre poderosos campos magnéticos e crosta sólida numa estrela de neutrões

Menos de um ano após o lançamento, as observações de uma estrela de neutrões pelo IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA levaram à confirmação do que os cientistas apenas teorizaram anteriormente: os magnetares têm campos magnéticos ultrafortes e são altamente polarizados.

Foto que mostra a posição do magnetar 4U 0142+61 no Universo (ver vídeo para maior contexto). O magnetar é uma estrela de neutrões localizada na direção da constelação de Cassiopeia, a cerca de 13.000 anos-luz da Terra. Crédito: Roberto Taverna

Os cientistas utilizaram o IXPE para observar o magnetar 4U 0142+61, uma estrela de neutrões localizada na direção da constelação de Cassiopeia, a cerca de 13.000 anos-luz da Terra. Esta é a primeira observação de sempre da polarização de raios-X de um magnetar, uma estrela de neutrões com os campos magnéticos mais poderosos do Universo.

Os astrónomos descobriram que a estrela de neutrões provavelmente tem uma superfície sólida e nenhuma atmosfera. Esta é a primeira vez que os cientistas conseguem concluir com fiabilidade que uma estrela de neutrões tem uma crosta sólida, uma descoberta possibilitada pelas medições de polarização de raios-X do IXPE.

A polarização é uma propriedade da luz que nos diz mais sobre os campos elétricos e magnéticos interligados que compõem todos os comprimentos de onda da luz. Estes campos oscilam, ou vibram, em ângulos retos em relação à trajetória da luz. Quando os seus campos elétricos vibram numa direção única e unificada, dizemos que a luz é polarizada.

Os astrónomos também descobriram que o ângulo de polarização depende da energia das partículas de luz, com luz altamente energética a um ângulo de polarização de 90 graus em comparação com luz menos energética.

"Descobrimos que o ângulo de polarização gira exatamente 90 graus, seguindo o que os modelos teóricos previam se a estrela tivesse uma crosta sólida rodeada por uma magnetosfera externa cheia de correntes elétricas", disse Roberto Taverna, da Universidade de Pádua, autor principal do novo estudo publicado na revista Science.

Os cientistas ficaram surpreendidos ao aprender que os níveis de energia podem afetar a polarização.

"Com base nas teorias atuais dos magnetares, esperávamos detetar a polarização, mas ninguém previu que a polarização dependesse da energia, como estamos a ver neste magnetar", disse Martin Weisskopf, cientista emérito da NASA que liderou a equipa IXPE desde o início da missão até à primavera de 2022. 

Além disso, a polarização a baixas energias indica que o campo magnético é tão inimaginavelmente poderoso que poderia ter transformado a atmosfera em torno da estrela de neutrões num sólido ou num líquido.

"Este é um fenómeno conhecido como condensação magnética", disse o presidente do grupo de trabalho sobre o tema dos magnetares para o IXPE, Roberto Turolla, da Universidade de Pádua e do Colégio Universitário de Londres.

É ainda um tema de debate se os magnetares e outras estrelas de neutrões têm atmosferas.

Graças às medições de polarização por raios-X, os astrofísicos são agora capazes de verificar o grau de polarização e o seu ângulo de posição ao testar os parâmetros dos modelos de emissão de raios-X. Os resultados das observações do IXPE vão ajudar os astrónomos de raios-X a compreender melhor a física de objetos extremos como magnetares e buracos negros.

"Além do magnetar 4U 0142+61, o IXPE está a ser utilizado para estudar uma vasta gama de fontes de raios-X extremos, e estão a chegar muitos resultados excitantes", disse Fabio Muleri, cientista do projeto italiano do IXPE no INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) em Roma.

Para Weisskopf, é evidente que as observações do IXPE têm sido críticas.

"Na minha mente, não pode haver dúvidas de que o IXPE demonstrou que a polarimetria de raios-X é importante e relevante para promover a nossa compreensão de como estes fascinantes sistemas de raios-X funcionam", disse. "As futuras missões terão de ter esse facto em mente".

O IXPE baseia-se nas descobertas do Observatório de raios-X Chandra da NASA e de outros telescópios espaciais através da medição da polarização da luz de raios-X.

Fonte: Astronomia OnLine