Astrônomos encontram pulsar estranho piscando em câmera lenta

O PSR J0311+1402 pisca a cada 41 segundos — bem lento para um pulsar. Poderia ajudar a preencher a lacuna entre fontes de rádio de rotação rápida e lenta.

Estrelas de nêutrons são os remanescentes quentes e em rápida rotação de estrelas massivas. Muitas são pulsares, que emitem sinais de rádio que coincidem com os da Terra, como ver a luz de um farol. Crédito: Kevin Gill 

A cerca de 2.600 anos-luz de distância, uma estrela morta está enviando sinais do além-túmulo. Astrônomos encontraram recentemente o estranho farol, que parece ser um pulsar piscando em câmera lenta — algo que não deveria ser possível.

“É incrivelmente emocionante descobrir um pulsar de período tão longo”, diz Yuanming Wang, pesquisador de pós-doutorado na Universidade Swinburne, na Austrália, e principal autor de um artigo sobre a descoberta publicado em 28 de março no The Astrophysical Journal Letters . “Mas o que é ainda mais emocionante é que a nova técnica que usamos está abrindo caminho para encontrar mais objetos ocultos no cosmos.”

Os cientistas agora planejam procurar mais desses objetos estranhos, o que poderia ajudar a preencher a lacuna entre os pulsares tradicionais e bem compreendidos de rotação rápida e aqueles poucos que giram — aparentemente de forma impossível — mais lentamente.

Devagar e sempre

Pulsares são como faróis cósmicos de alta velocidade. São feitos de núcleos densos remanescentes de estrelas massivas que ficaram sem combustível nuclear e se transformaram em supernovas. Após a explosão, o que resta da estrela colapsa em uma estrela de nêutrons de 10 quilômetros de diâmetro. Como o momento angular original (spin) da estrela é conservado, ser comprimida em um objeto tão pequeno significa que seu spin acelera, da mesma forma que um patinador artístico gira mais rápido quando recolhe os braços. Os pulsares emitem feixes de radiação de seus polos; esses feixes então varrem o universo enquanto giram. Se esses feixes apontarem para a Terra, recebemos um flash de luz a cada rotação, normalmente em comprimentos de onda de rádio.

Os pulsares vibram com a precisão de um relógio — literalmente —, com os mais rápidos piscando dezenas de milhares de vezes por minuto. Mesmo os mais lentos tendem a piscar pelo menos a cada 10 segundos.

Mas em 2022 , astrônomos encontraram um objeto emitindo pulsos de rádio como um pulsar, porém muito mais lentamente: apenas uma vez a cada 18 minutos. Desde então, os cientistas descobriram mais alguns desses objetos, conhecidos como transientes de longo período, com períodos que variam de minutos a horas.

Você poderia pensar que estes poderiam ser apenas pulsares de rotação muito lenta, mas há um problema com essa explicação. A energia de um pulsar vem de seu movimento giratório. Apesar de sua regularidade, os pulsares estão, na verdade, desacelerando gradualmente, e a energia perdida nessa desaceleração é convertida nos feixes de rádio que eles emitem. 

Transientes de longo período não podem ser pulsares lentos, porque eles já estão girando tão lentamente que a perda adicional de energia rotacional não é mais suficiente para alimentar feixes tão fortes quanto os que vemos deles. (O ponto em que um pulsar gira muito lentamente para produzir feixes de rádio é chamado de linha da morte do pulsar. Pulsares que caem abaixo dessa linha param de emitir feixes de rádio, então paramos de vê-los como pulsares.)

Portanto, transientes de longo período não podem ser tão lentos e tão brilhantes se forem causados ​​pelos mesmos mecanismos dos pulsares alimentados por rotação. Alguns ainda podem ser estrelas de nêutrons se comportando de maneiras inesperadas. Outros podem ser objetos completamente diferentes, como anãs brancas ou sistemas binários.

Um elo perdido

O pulsar recentemente descoberto, chamado PSR J0311+1402, pode oferecer novas pistas. Com um período de 41 segundos, ele gira muito mais lentamente do que pulsares típicos, mas muito mais rápido do que transientes de longo período. E os astrônomos acreditam que este objeto intermediário pode ser o elo perdido entre as duas populações.

Cientistas avistaram o estroboscópio estelar com o Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) e acompanharam outros observatórios de rádio para medir sua luminosidade, período e polarização, o que indica fortemente que se trata de um pulsar. Mas ele ainda gira muito devagar para ser alimentado apenas por rotação.

"Isso não se encaixa perfeitamente na teoria dominante de como os pulsares emitem ondas de rádio", diz Wang. "Se um pulsar gira muito devagar, não deveríamos ver nenhuma emissão de rádio. No entanto, este objeto é muito lento", deixando os astrônomos se perguntando de onde vem a energia que alimenta seus feixes.

Estudar esse estranho farol e encontrar outros semelhantes pode ajudar os astrônomos a aprender mais sobre como os transientes de longo período geram seus feixes.

“Acho que deveria haver mais objetos como este esperando para serem descobertos”, diz Wang. “No momento, vemos uma lacuna nos períodos de rotação entre pulsares conhecidos e transientes de longo período. Os métodos tradicionais de busca por pulsares normalmente não procuram objetos girando mais devagar que 10 segundos, o que significa que podemos não tê-los encontrado simplesmente porque não os estávamos procurando antes!”

Os astrônomos normalmente encontram pulsares usando um único radiotelescópio grande, que não consegue detectar facilmente flashes com menos de uma frequência a cada 10 segundos, porque os sinais mais lentos são mais fracos e mais facilmente perdidos no ruído de fundo. Transientes de longo período geralmente são encontrados usando conjuntos de múltiplas antenas de rádio trabalhando juntas — um método chamado interferometria. Este método é menos sensível a pisca-piscas rápidos, porque a combinação dos sinais de vários telescópios leva tempo suficiente para borrar ou até mesmo apagar mudanças rápidas dos dados. Isso deixa pulsares com períodos médios, como PSR J0311+1402, em um ponto cego para ambos os métodos.

Mas isso está mudando, como mostra esta descoberta. "Agora, estamos usando um novo sistema com ASKAP chamado CRACO, que é perfeito para capturar objetos nessa faixa ausente", diz Wang. É o sistema que encontrou PSR J0311+1402 e pode ajudar os astrônomos a descobrir onde os pulsares param e os transientes de longo período começam, ou se eles são mais semelhantes do que acreditamos. "Responder a essas perguntas nos ajudará a entender toda a população de estrelas de nêutrons e o que alimenta suas emissões."

A descoberta e o mistério que ela ressalta mostram o quanto ainda temos a aprender sobre o cosmos.

“Com a entrada em operação das novas instalações de rádio, podemos encontrar muitas coisas estranhas no céu”, disse Michelle Collins, professora de astronomia da Universidade de Surrey, na Inglaterra, que não participou do estudo, em um podcast . “Podemos descobrir que esta é a ponta do iceberg, com muitas outras estrelas de nêutrons de longo período esperando para serem descobertas”, disse Collins ao Astronomy .

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