Fermi da NASA cronometra pulsar “bala de canhão” que acelera através do espaço

O remanescente de super-nova CTB 1 assemelha-se a uma bolha fantasmagórico nesta imagem, que combina novas observações a 1,5 gigahertz do VLA (Very Large Array) (laranja, perto do centro) com observações mais antigas do Levantamento Canadiano do Plano Galáctico com o DRAO (Dominion Radio Astrophysical Observatory) (1,42 gigahertz, magenta e amarelo; 408 megahertz, verde) e dados infravermelhos (azul). Os dados do VLA revelam claramente a cauda brilhante e reta do pulsar J0002+6216 e o borda curva da concha do remanescente. CTB 1 tem cerca de meio-grau, o tamanho aparente de uma Lua Cheia.
Crédito: composição por Jayanne English, Universidade de Manitoba, usando dados de NRAO/F. Schinzel et al., DRAO/Levantamento Canadiano do Plano Galáctico e NASA/IRAS

Os astrónomos encontraram um pulsar que viaja pelo espaço a quase 4 milhões de quilómetros por hora – tão rápido que poderia percorrer a distância entre a Terra e a Lua em apenas seis minutos. A descoberta foi feita usando o Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi da NASA e o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation).

Os pulsares são estrelas de neutrões super-densas e de rápida rotação deixadas para trás quando uma estrela massiva explode. Esta, de nome PSR J0002+6216 (J0002, abreviado), ostenta uma cauda de emissão de rádio que aponta directamente para os destroços em expansão de uma recente explosão de super-nova.

“Graças à sua cauda estreita, parecida com um dardo, e a um ângulo de visão fortuito, podemos traçar esse pulsar de volta ao seu local de nascimento,” disse Frank Schinzel, cientista do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Socorro, no estado norte-americano do Novo México. “Um estudo mais aprofundado deste objeto vai ajudar-nos a entender melhor como essas explosões são capazes de ‘pontapear’ as estrelas de neutrões a uma velocidade tão alta.”

Schinzel, juntamente com os seus colegas Matthew Kerr no Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA em Washington, e Dale Frail, Urvashi Rau e Sanjay Bhatnagar do NRAO, apresentaram os seus achados na reunião da Divisão de Astrofísica de Alta Energia da Sociedade Astronómica Americana em Monterey, Califórnia. O artigo que descreve os resultados da equipa foi submetido para publicação numa edição futura da revista The Astrophysical Journal Letters.

O pulsar J0002 foi descoberto em 2017 por um projecto de cientistas cidadãos chamado Einstein@Home, que usa o tempo nos computadores de voluntários para processar dados de raios-Gama do Fermi. Graças ao tempo de processamento, colectivamente superior a 10.000 anos, o projecto identificou até à data 23 pulsares de raios-gama.

Localizado a mais ou menos 6500 anos-luz de distância na direcção da constelação de Cassiopeia, J0002 gira 8,7 vezes por segundo, produzindo um pulso de raios-gama a cada rotação.

O pulsar fica a cerca de 53 anos-luz do centro de um remanescente de super-nova chamado CTB 1. O seu movimento rápido através do gás interestelar resulta em ondas de choque que produzem a cauda de energia magnética e partículas aceleradas detectadas no rádio com o VLA. A cauda estende-se por 13 anos-luz e aponta claramente para o centro de CTB 1.

Usando dados do Fermi e uma técnica chamada tempo do pulsar, a equipa foi capaz de medir com que rapidez e em que direcção o pulsar se move ao longo da nossa linha de visão.

“Quanto maior o nosso conjunto de dados, mais poderosa é a técnica de tempo do pulsar,” explicou Kerr. “O lindo conjunto de dados de dez anos do Fermi é essencialmente o que tornou possível esta medição.”

O resultado apoia a ideia de que o pulsar foi expulso a alta velocidade pela super-nova responsável por CTB 1, que ocorreu há aproximadamente 10.000 anos.

J0002 está a acelerar pelo espaço cinco vezes mais depressa do que o pulsar médio e mais depressa do que 99% daqueles com velocidades medidas. Eventualmente acabará por escapar da nossa Galáxia.

Inicialmente, os destroços em expansão da super-nova teriam sido movidos para fora mais depressa do que J0002, mas ao longo de milhares de anos a interacção da concha com o gás interestelar produziu um arrasto que gradualmente diminui este movimento. Entretanto, o pulsar, comportando-se mais como uma bala de canhão, atravessou o remanescente, escapando cerca de 5000 anos após a explosão.

Exactamente como o pulsar foi acelerado a uma velocidade tão alta durante a explosão de super-nova, ainda não está claro, e um estudo mais aprofundado de J0002 ajudará a esclarecer o processo. Um mecanismo possível envolve instabilidades na estrela em colapso, formando uma região de matéria lenta e densa que sobrevive o tempo suficiente para servir como “rebocador gravitacional”, acelerando a estrela de neutrões nascente na sua direcção.

A equipa planeia observações adicionais usando o VLA, o VLBA (Very Long Baseline Array) da NSF e o Observatório de raios-X Chandra da NASA.

Astronomia On-line
22 de Março de 2019

 

739: NUSTAR PROVA QUE ETA CARINAE DISPARA RAIOS CÓSMICOS

A Grande Erupção de Eta Carinae na década de 1840 criou esta nebulosa, fotografada aqui pelo Hubble. Agora com aproximadamente um ano-luz em diâmetro, a nuvem em expansão contém material suficiente para fazer, pelo menos, 10 cópias do nosso Sol. Os astrónomos ainda não conseguiram explicar o que provocou esta explosão.
Crédito: NASA, ESA e Equipa SM4 ERO do Hubble

Um novo estudo usando dados do Telescópio Espacial NuSTAR da NASA sugere que Eta Carinae, o sistema estelar mais luminoso e massivo até 10.000 anos-luz, está a acelerar partículas a altas energias – algumas das quais podem chegar à Terra como raios cósmicos.

“Sabemos que as ondas de choque de estrelas mortas podem acelerar partículas de raios cósmicos a velocidades comparáveis às da luz, um incremento incrível de energia,” disse Kenji Hamaguchi, astrofísico do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, autor principal do estudo. “Processos semelhantes devem ocorrer noutros ambientes extremos. A nossa análise indica que Eta Carinae é um deles.”

Os astrónomos sabem que os raios cósmicos com energias superiores a mil milhões de electrões-volt (eV) chegam até nós além do nosso Sistema Solar. Mas dado que todas estas partículas – electrões, protões e núcleos atómicos – transportam uma carga eléctrica, desviam-se do seu percurso sempre que encontram campos magnéticos. Isto baralha os percursos e mascara as suas origens.

Eta Carinae, localizada a cerca de 7500 anos-luz de distância na direcção da constelação de Quilha (Carina), é famosa por uma explosão do século XIX que brevemente a tornou na segunda estrela mais brilhante do céu. Este evento também expeliu uma enorme nebulosa em forma de ampulheta, mas a causa da erupção ainda é pouco conhecida.

O sistema contém um par de estrelas massivas cujas órbitas excêntricas as aproximam a cada 5,5 anos. As estrelas contêm 90 e 30 vezes a massa do nosso Sol e passam a 235 milhões de quilómetros na sua maior aproximação – mais ou menos a distância média entre Marte e o Sol.

“Ambas as estrelas de Eta Carinae dirigem poderosos fluxos chamados ventos estelares,” disse o membro da equipa Michael Corcoran, também de Goddard. “O local onde estes ventos chocam muda durante o ciclo orbital, o que produz um sinal periódico em raios-X de baixa energia que estamos a rastrear há mais de duas décadas.”

O Telescópio Espacial de raios-gama Fermi da NASA também observa uma mudança nos raios-gama – luz muito mais energética do que os raios-X – de uma fonte na direcção de Eta Carinae. Mas a visão do Fermi não é tão nítida quanto as dos telescópios de raios-X, de modo que os astrónomos não puderam confirmar a ligação.

Para preencher a lacuna entre a monitorização de raios-X de baixa energia e as observações do Fermi, Hamaguchi e colegas recorreram ao NuSTAR. Lançado em 2012, o NuSTAR pode focar-se em raios-X muito mais energéticos do que qualquer telescópio anterior. Utilizando tanto dados recolhidos recentemente como de arquivo, a equipa examinou observações do NuSTAR obtidas entre Março de 2014 e Junho de 2016, juntamente com observações de raios-X de baixa energia do satélite XMM-Newton da ESA no mesmo período.

Os raios-X de baixa energia de Eta Carinae vêm do gás na interface dos ventos estelares em colisão, onde as temperaturas excedem os 40 milhões de graus Celsius. Mas o NuSTAR detecta uma fonte emissora de raios-X acima dos 30.000 eV, cerca de três vezes mais do que pode ser explicado por ondas de choque nos ventos em colisão. Para comparação, a energia da luz visível varia de mais ou menos 2 eV para 3 eV.

A análise da equipa, apresentada na edição de 2 de Julho da Nature Astronomy, mostra que esses raios-X variam com o período orbital binário e indica um padrão de saída de energia similar ao dos raios-gama observados pelo Fermi.

Os investigadores dizem que a melhor explicação para os raios-X energéticos e a emissão de raios-gama é a aceleração de electrões em violentas ondas de choque ao longo da fronteira dos ventos estelares em colisão. Os raios-X detectados pelo NuSTAR e os raios-gama detectados pelo Fermi surgem da luz estelar, devido a um enorme aumento de energia pelas interacções com esses electrões.

Alguns dos electrões super-rápidos, bem como outras partículas aceleradas, devem escapar do sistema e talvez alguns deambulem eventualmente até à Terra, onde podem ser detectados como raios cósmicos.

“Nós sabemos há algum tempo que a região em torno de Eta Carinae é a fonte de emissão energética de raios-X e raios-gama de alta energia,” acrescenta Fiona Harrison, investigadora principal do NuSTAR e professora de astronomia no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) em Pasadena. “Mas até que o NuSTAR foi capaz de identificar a radiação, mostrar que vinha do binário e de estudar as suas propriedades em detalhe, a origem permanecia misteriosa.”

Astronomia On-line
6 de Julho de 2018

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