Nebulosa de vento de pulsar de Vela observada pelo IXPE

Cerca de 10.000 anos atrás, a luz da explosão de uma estrela gigante na constelação de Vela chegou à Terra. Esta supernova deixou para trás um objeto denso chamado pulsar, que parece brilhar regularmente à medida que gira, como um farol cósmico. Da superfície deste pulsar, emergem ventos de partículas que viajam perto da velocidade da luz, criando uma miscelânea caótica de partículas carregadas e campos magnéticos que colidem com o gás circundante. Este fenômeno é chamado de nebulosa do vento pulsar.

Esta imagem mostra a nebulosa de vento de pulsar de Vela. O azul claro representa os dados de polarização de raios-X do IXPE da NASA. As cores rosa e roxo correspondem aos dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA, que já observou Vela várias vezes. O Telescópio Espacial Hubble da NASA contribuiu com as estrelas em segundo plano. Crédito: raios-X - (IXPE) NASA/MSFC/Fei Xie e (Chandra) NASA/CXC/SAO; ótico - NASA/STScI/Chandra, processamento por Judy Schmidt; Hubble/Chandra/IXPE, processamento e composição por NASA/CXC/SAO/Kimberly Arcand e Nancy Wolk

Nesta nova imagem, o halo azul claro nebuloso corresponde aos primeiros dados de polarização de raios-X para Vela, que vêm do Imaging X-ray Polarimetry Explorer da NASA, ou IXPE. Uma tênue linha difusa azul apontando para o canto superior direito corresponde a um jato de partículas de alta energia saindo do pulsar a cerca de metade da velocidade da luz. Acredita-se que os "arcos" de raios-X cor-de-rosa marquem as bordas de regiões em forma de rosquinha, onde o vento pulsar choca e acelera partículas de alta energia. O pulsar em si está localizado no círculo branco no centro da imagem.

As cores rosa e roxo correspondem aos dados do Observatório de Raios-X Chandra da NASA, que observou Vela várias vezes anteriormente. As estrelas douradas foram capturadas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA. Medir a polarização, que tem a ver com a forma como as ondas eletromagnéticas são organizadas, dá aos cientistas uma compreensão sem precedentes de como um objeto cósmico como um pulsar acelera as partículas a altas velocidades. 

"Com o IXPE, estamos usando objetos extremos como Vela como um laboratório para investigar algumas das questões mais prementes da astrofísica, como a forma como as partículas são catapultadas para perto da velocidade da luz muito depois que uma estrela explodiu", disse Phil Kaaret, cientista sênior do Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama. 

Em um estudo recente, os cientistas ficaram surpresos com o alto grau de polarização que encontraram nos raios-X da nebulosa do vento pulsar de Vela. As observações do IXPE deste objeto foram publicadas na revista Nature em dezembro. 

"Este é o mais alto grau de polarização medido em uma fonte de raios-X celestes até o momento", disse Fei Xie, principal autor do estudo da Nature, professor da Universidade de Guangxi em Nanning, Guangxi, China, e ex-pesquisador de pós-doutorado no Instituto Nacional de Astrofísica / Instituto de Astrofísica Espacial e Planetologia da Itália (INAF / IAPS) em Roma. 

Alta polarização significa que os campos eletromagnéticos estão bem organizados; eles estão alinhados em direções específicas e dependem de sua posição na nebulosa. Além disso, os raios-X que o IXPE detecta vêm de elétrons de alta energia em espiral nos campos magnéticos da nebulosa do vento pulsar, chamados de "emissão síncrotron". Raios-X altamente polarizados significam que esses campos magnéticos também devem ser bem organizados. 

Uma imagem das observações IXPE da nebulosa de vento de pulsar de Vela. As cores representam diferentes intensidades de raios-X, com as regiões mais brilhantes a vermelho e as regiões mais fracas a azul. As linhas pretas dão as direções do campo magnético com base nos dados do IXPE e as linhas prateadas dão as direcções do campo magnético com base nos dados de rádio do ATCA (Australia Telescope Compact Array). Os contornos cinzentos mostram as intensidades dos raios-X a partir dos dados do Chandra. O pulsar está localizado perto do centro da emissão de raios-X mais brilhante. Crédito: Xie et al, 2022 (Nature)

Em contraste com os remanescentes de supernovas que têm uma concha de material ao seu redor, a alta polarização dos raios-X "sugere que os elétrons não foram acelerados pelos choques turbulentos que parecem importantes em outras fontes de raios-X", disse Roger W. Romani, astrofísico de Stanford envolvido na análise de dados do IXPE. 

Em vez disso, deve haver algum outro processo envolvido, como a reconexão magnética, que envolve a quebra e a junção de linhas de campo magnético. Essa é uma maneira pela qual a energia magnética é convertida em energia de partículas. Os dados do IXPE também sugerem que o campo magnético está alinhado como uma estrutura lisa em forma de rosquinha ao redor do equador do pulsar. Essa forma estava de acordo com as expectativas dos cientistas. 

"Esta medição de polarização de raios-X IXPE adiciona uma peça que faltava do quebra-cabeça da nebulosa do vento pulsar Vela", diz Alessandro Di Marco, pesquisador do INAF / IAPS em Roma, que contribuiu para a análise dos dados. "Ao mapear com resolução sem precedentes, o IXPE revela o campo magnético na região central, mostrando concordância com os resultados obtidos a partir de imagens de rádio da nebulosa externa." 

O pulsar Vela, localizado a cerca de 1.000 anos-luz da Terra, tem cerca de 15 milhas (25 quilômetros) de diâmetro e gira 11 vezes por segundo, mais rápido que um rotor de helicóptero.

Fonte: nasa.gov