Cientistas descobrem os raios gama de maior energia já emitidos por um pulsar

Cientistas que usaram o observatório HESS na Namíbia detectaram os raios gama de maior energia já emitidos por uma estrela morta chamada pulsar. A energia desses raios gama atingiu 20 tera-elétron-volts, ou cerca de 10 trilhões de vezes a energia da luz visível. Esta observação é difícil de conciliar com a teoria da produção de tais raios gama pulsados, como relata a equipa internacional na revista Nature Astronomy .

Os investigadores pensam que as partículas de luz infravermelha (fótons) dos pólos do pulsar são impulsionadas para energias de raios gama (azul) por electrões rápidos. Crédito: Laboratório de Comunicação Científica para DESY 

Pulsares são restos de cadáveres de estrelas que explodiram espetacularmente em uma supernova. As explosões deixam para trás uma pequena estrela morta com um diâmetro de apenas 20 quilómetros, girando extremamente rápido e dotada de um enorme campo magnético. 

“Essas estrelas mortas são quase inteiramente compostas de nêutrons e são incrivelmente densas: uma colher de chá de seu material tem uma massa de mais de cinco bilhões de toneladas, ou cerca de 900 vezes a massa da Grande Pirâmide de Gizé”, explica a cientista do HESS Emma de Oña Wilhelmi, coautora da publicação que trabalha no DESY. 

Os pulsares emitem feixes rotativos de radiação eletromagnética , semelhantes a faróis cósmicos. Se o seu feixe percorrer o nosso sistema solar, veremos flashes de radiação em intervalos regulares de tempo. Esses flashes, também chamados de pulsos de radiação, podem ser procurados em diferentes faixas de energia do espectro eletromagnético. 

Os cientistas pensam que a fonte desta radiação são os electrões rápidos produzidos e acelerados na magnetosfera do pulsar, enquanto viajam em direcção à sua periferia. A magnetosfera é composta de plasma e campos eletromagnéticos que circundam e co-rotacionam com a estrela. 

“Na sua viagem de ida, os eletrões adquirem energia e libertam-na na forma de feixes de radiação observados”, diz Bronek Rudak do Centro Astronómico Nicolaus Copernicus (CAMK PAN) na Polónia, também coautor. 

O pulsar Vela, localizado no céu meridional na constelação Vela (vela do navio), é o pulsar mais brilhante na banda de rádio do espectro eletromagnético e a fonte persistente mais brilhante de raios gama cósmicos na faixa de giga-elétron-volts (GeV). . Ele gira cerca de onze vezes por segundo. No entanto, acima de alguns GeV, a sua radiação termina abruptamente, presumivelmente porque os electrões atingem o final da magnetosfera do pulsar e escapam dela. 

Mas este não é o fim da história: utilizando observações profundas com HESS, foi agora descoberto um novo componente de radiação com energias ainda mais elevadas, com energias de até dezenas de tera-elétron-volts (TeV). 

“Isso é cerca de 200 vezes mais energético do que toda a radiação já detectada neste objeto”, diz o co-autor Christo Venter, da North-West University, na África do Sul. Este componente de energia muito alta aparece nos mesmos intervalos de fase observados na faixa GeV. No entanto, para atingir estas energias, os electrões podem ter de viajar ainda mais longe do que a magnetosfera, mas o padrão de emissão rotacional precisa de permanecer intacto. 

"Este resultado desafia o nosso conhecimento anterior sobre pulsares e exige repensar a forma como estes aceleradores naturais funcionam," afirma Arache Djannati-Atai, do laboratório de Astropartículas e Cosmologia (APC), em França, que liderou a investigação.

 "O esquema tradicional segundo o qual as partículas são aceleradas ao longo das linhas do campo magnético dentro ou ligeiramente fora da magnetosfera não pode explicar suficientemente as nossas observações. Talvez estejamos testemunhando a aceleração das partículas através do chamado processo de reconexão magnética além do cilindro de luz, que ainda de alguma forma preserva o padrão rotacional? Mas mesmo este cenário enfrenta dificuldades para explicar como essa radiação extrema é produzida." 

Seja qual for a explicação, ao lado dos seus outros superlativos, o pulsar Vela detém agora oficialmente o recorde como o pulsar com os raios gama de maior energia descobertos até à data. 

"Esta descoberta abre uma nova janela de observação para a detecção de outros pulsares na faixa de dezenas de teraelétron-volts com os atuais e futuros telescópios de raios gama mais sensíveis, abrindo assim o caminho para uma melhor compreensão dos processos de aceleração extrema em objetos astrofísicos altamente magnetizados." diz Djannati-Atai.

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