2698: Pulsos raios gama de estrela de neutrões que gira 707 vezes por segundo

Um pulsar e a sua pequena companheira estelar, vistas no seu plano orbital. A poderosa radiação e o “vento” pulsar – um fluxo de partículas altamente energéticas – aquecem fortemente o lado da estrela orientado na direcção do pulsar até temperaturas duas vezes mais altas do que a superfície do Sol. O pulsar está a evaporar gradualmente a sua parceira, que enche o sistema com gás ionizado e impede os astrónomos de detectarem, na maior parte do tempo, o feixe rádio do pulsar.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Cruz deWilde

Uma equipa internacional de investigação liderada pelo Instituto Max Planck para Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein em Hannover) descobriu que o pulsar de rádio J0952-0607 também emite radiação gama pulsada. J0952-0607 gira 707 vezes por segundo e é o segundo na lista de estrelas de neutrões de rápida rotação. Através da análise de 8,5 anos de dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA, observações de rádio do LOFAR dos últimos dois anos, observações de dois grandes telescópios ópticos, e dados de ondas gravitacionais dos detectores LIGO, a equipa usou uma abordagem variada para estudar em detalhe o sistema binário do pulsar e da sua companheira leve. O estudo publicado na revista The Astrophysical Journal mostra que os sistemas pulsares extremos estão escondidos nos catálogos Fermi e motiva investigações adicionais. Apesar de muito extensa, a análise também levanta novas questões não respondidas sobre este sistema.

Os pulsares são os restos compactos de explosões estelares que possuem fortes campos magnéticos e que giram muito depressa. Emitem radiação como um farol cósmico e podem ser observados como pulsares de rádio e/ou pulsares de raios gama, dependendo da sua orientação para a Terra.

O pulsar mais rápido fora dos enxames globulares

PSR J0952-0607 (o nome indica a posição no céu) foi descoberto pela primeira vez em 2017 por observações de rádio de uma fonte identificada pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi como possivelmente um pulsar. Não foram detectadas pulsações de raios gama nos dados do LAT (Large Area Telescope) a bordo do Fermi. Observações com os radiotelescópios LOFAR identificaram uma fonte de rádio pulsante e – juntamente com as observações por telescópios ópticos – permitiram medir algumas propriedades do pulsar. Está a orbitar o centro de massa comum em 6,2 horas com uma estrela companheira que tem apenas 1/50 da massa do nosso Sol. O pulsar gira 707 vezes por segundo e é, portanto, a mais rápida rotação na nossa Galáxia para lá dos densos ambientes dos enxames globulares.

Procurando sinais extremamente fracos

Usando estas informações anteriores do sistema binário, Lars Nieder, estudante de doutoramento no Instituto Albert Einstein em Hannover, decidiu verificar se o pulsar também emitia raios gama pulsados. “Esta investigação é extremamente desafiadora porque o Telescópio de Raios Gama Fermi apenas registou o equivalente a cerca de 200 raios gama oriundos do pulsar fraco nos seus 8,5 anos de observações. Durante este período, o próprio pulsar girou 220 mil milhões de vezes. Por outras palavras, apenas foi observado um raio gama a cada mil milhões de rotações!”, explicou Nieder. “Para cada um destes raios gama, a pesquisa deve identificar exactamente quando e qual das rotações de 1,4 milissegundos o emitiu.”

Isto requer vasculhar os dados com uma resolução muito fina para não perder nenhum sinal possível. O poder de computação necessário é enorme. A busca muito sensível por pulsações leves de raios gama levaria 24 anos a ser concluída num único núcleo de computador. Ao usarem o complexo computacional do Instituto Albert Einstein em Hannover, terminaram em apenas 2 dias.

Uma estranha primeira detecção

“A nossa pesquisa encontrou um sinal, mas algo estava errado! O sinal era muito fraco e não estava exactamente onde deveria estar. A razão: a nossa detecção de raios gama de J0952-0607 havia revelado um erro de posição nas observações iniciais do telescópio óptico que usámos para direccionar a nossa análise. A nossa descoberta das pulsações de raios gama revelou este erro,” explica Nieder. “Este erro foi corrigido na publicação que relatou a descoberta do pulsar de rádio. Uma nova e extensa pesquisa de raios gama fez uma descoberta bastante fraca – mas estatisticamente significativa – de pulsar de raios gama na posição corrigida.”

Tendo descoberto e confirmado a existência da radiação gama pulsada do pulsar, a equipa voltou aos dados do Fermi e usou os 8,5 anos completos de Agosto de 2008 a Janeiro de 2017 para determinar os parâmetros físicos do pulsar e do seu sistema binário. Dado que a radiação gama de J0952-0607 era muito fraca, tiveram que aprimorar o seu método de análise desenvolvido anteriormente para incluir correctamente todas as incógnitas.

Outra surpresa: sem pulsos gama até Julho de 2011

A solução derivada continha outra surpresa, porque era impossível detectar pulsos de raios gama da estrela de neutrões nos dados anteriores a Julho de 2011. A razão pela qual o pulsar parece apenas mostrar pulsos após essa data é desconhecida. As variações na quantidade de raios gama emitidos podem ser uma razão, mas o pulsar é tão ténue que não foi possível testar esta hipótese com precisão suficiente. Alterações na órbita do pulsar, vistas em sistemas similares, também podem fornecer uma explicação, mas não havia sequer uma pista nos dados de que isso estava a acontecer.

Observações ópticas levantam outras questões

A equipa também usou observações com o NTT (New Technology Telescope) do ESO em La Silla e com o GTC (Gran Telescopio Canarias) em La Palma para examinar a estrela companheira do pulsar. Muito provavelmente tem bloqueio de marés em relação ao pulsar, como a Lua em relação à Terra, de modo que um lado está sempre virado para o pulsar e é aquecido pela sua radiação. Embora a estrela companheira orbite o sistema de massa do binário, o seu lado “diurno” mais quente e o seu lado “nocturno” mais frio são visíveis da Terra e o brilho e a cor observada variam.

Estas observações criam outro enigma. Embora as observações rádio apontem para uma distância de aproximadamente 4400 anos-luz, as observações ópticas implicam uma distância cerca de três vezes maior. Se o sistema estivesse relativamente próximo da Terra, apresentaria uma companheira extremamente compacta e densa, nunca antes vista, enquanto as distâncias maiores são compatíveis com as densidades de companheiras pulsares semelhantes conhecidas. Uma explicação para esta discrepância pode ser a existência de ondas de choque no vento de partículas do pulsar, que podem levar a um aquecimento diferente da companheira. Mais observações de raios gama com o LAT do Fermi devem ajudar a responder a esta pergunta.

À procura de ondas gravitacionais contínuas

Outro grupo de investigadores do Instituto Albert Einstein em Hannover procurou a emissão contínua de ondas gravitacionais do pulsar usando dados da primeira (O1) e da segunda (O2) campanhas de observação do LIGO. Os pulsares podem emitir ondas gravitacionais quando possuem pequenas “colinas” ou “inchaços” à sua superfície. A investigação não detectou ondas gravitacionais, o que significa que a forma do pulsar deve estar muito próxima de uma esfera perfeita, com as maiores deformações não excedendo fracções de um milímetro.

Estrelas de neutrões em rápida rotação

A compreensão dos pulsares em rápida rotação é importante porque são sondas da física extrema. A rapidez com que as estrelas de neutrões podem girar antes de se separarem devido às forças centrífugas é desconhecida e depende de física nuclear desconhecida. Os pulsares de milissegundo como J0952-0607 giram tão depressa porque foram acelerados pela acreção de matéria da sua companheira. Pensa-se que este processo enterre o campo magnético do pulsar. Com observações de raios gama a longo prazo, a equipa de investigação mostrou que J0952-0607 possui um dos dez campos magnéticos mais baixos já medidos para um pulsar, consistente com as expectativas teóricas.

Einstein@Home procura casos de estudo de física extrema

“Vamos continuar a estudar este sistema com observatórios de raios gama, rádio e ópticos, pois ainda há perguntas sem resposta. Esta descoberta também mostra mais uma vez que os sistemas pulsares extremos estão escondidos no catálogo LAT do Fermi,” diz o professor Bruce Allen, supervisor do doutoramento de Nieder e Director do Instituto Albert Einstein em Hannover. “Também estamos a utilizar o nosso projecto de computação distribuída de ciência cidadã, Einstein@Home, para procurar sistemas binários com pulsares de raios gama noutras fontes do LAT do Fermi e estamos confiantes que vamos fazer mais descobertas empolgantes no futuro.”

Astronomia On-line
24 de Setembro de 2019

 

2189: Astrónomos descobrem uma misteriosa “ponte intergaláctica” gigante

INAF

Uma equipa internacional de astrónomos descobriu uma “ponte intergaláctica”, uma misteriosa corrente de ondas de rádio que abrange dez milhões de anos-luz e conecta dois aglomerados de galáxias que estão em processo de colisão lenta.

No Universo, a matéria é distribuída na forma de uma “teia cósmica”, que consiste de estruturas filamentosas cujas intersecções formam concentrações colossais de milhares de galáxias chamadas aglomerados.

Os investigadores, liderados por Federica Govoni, do Instituto Nacional de Astrofísica de Cagliari, em Itália, estudaram dois grupos denominados Abell 0399 e Abell 0401, usando a rede de radiotelescópios LoFar.

Os aglomerados de galáxias são os maiores objectos ligados gravitacionalmente no universo. Estes aumentam lentamente em massa, capturando gás nas proximidades e fundindo-se com outros aglomerados. Estão em pontos cruciais da distribuição de matéria no universo.

Observações anteriores descobriram um filamento que ligava as enormes concentrações de galáxias. O novo estudo, publicado na revista Science, determinou pela primeira vez que este filamento tem um campo magnético.

Os dois aglomerados localizam-se a cerca de 330 milhões de anos-luz da Terra. Um filamento de gás que conecta os dois aglomerados contém partículas carregadas electricamente aceleradas, emitindo radiação sincrotrão e produzindo um sinal de rádio caracteristicamente difuso (muitas vezes chamado de halo). Os próprios aglomerados de galáxias possuem esses halos.

“Normalmente observamos esse mecanismo de emissão em acção em galáxias individuais e até mesmo em aglomerados de galáxias, mas nunca antes foi observada uma emissão de rádio a conectar dois desses sistemas”, explicou Matteo Murgia, do Instituto Nacional de Astrofísica, em comunicado.

“A presença desse filamento despertou a nossa curiosidade e levou-nos a investigar se o campo magnético poderia estender-se além do centro dos aglomerados, permeando o filamento da matéria que os conecta. Com grande satisfação, a imagem obtida com o radiotelescópio LOFAR confirmou a nossa intuição, mostrando o que pode ser definido como uma espécie de “aurora” em escalas cósmicas”, continuou Govoni.

Agora, o objectivo é entender “se esse filamento magnetizador é um fenómeno comum na rede cósmica”.

ZAP //

Por ZAP
18 Junho, 2019

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1628: Astrónomos detectam 300 mil novas galáxias “invisíveis”

LOFAR

A descoberta foi possível graças a um dos maiores radiotelescópios do mundo – o LOFAR (Low Frequency Array), que encontrou “milhares” de novas galáxias que os cientistas nunca tinham visto antes.

Os primeiros resultados da elaboração do novo mapa do céu foram publicados pela revista científica Astronomy & Astrophysics por uma equipa de 200 astrónomos.

“Se pegarmos num radiotelescópio e olharmos para o céu, veremos principalmente a radiação que ocorre na proximidade de buracos negros super-maciços. O LOFAR ajudará a entender como estes objectos misteriosos apareceram. Além disso, estas novas galáxias podem esconder buracos que surgiram nos primeiros dias do Universo“, diz Huub Rottgering, da Universidade de Leiden, na Holanda.

O radiotelescópio europeu começou a ser construído no início dos anos 90, quando o Instituto Holandês de Radioastronomia (ASTRON) propôs criar um poderoso interferómetro para estudar as galáxias mais distantes e o Universo primordial. A sua construção terminou em Junho de 2010, tendo as observações começado em 2012.

O LOFAR tem 300 mil metros quadrados e quase 100 mil antenas localizadas em vários países europeus, que são conectadas com a ajuda de uma rede de alta velocidade e do COBALT, um dos supercomputadores mais potentes da Europa.

O recém-publicado mapa detalhado de ondas de rádio do Universo ao nosso redor é baseado nos primeiros cinco anos de observações do LOFAR.

Esse mapa contém mais de trezentos mil fontes de rádio, incluindo núcleos activos de galáxias e quasares, cerca de um terço dos quais eram anteriormente desconhecidos pelos cientistas.

Segundo os astrónomos, o estudo desta vasta colecção de buracos negros que surgiram em diferentes momentos da vida do Universo ajudará a entender quando estes objectos apareceram e o que os ajudaram a crescer a uma velocidade tão alta.

Devido à alta sensibilidade e resolução do radiotelescópio europeu, foi possível rastrear pela primeira vez as nuvens de gás quente numa galáxia distante usando ondas de rádio de baixa frequência. Além disso, provou-se que há campos magnéticos poderosos no espaço intergaláctico, cujo efeito se estende por milhões de anos-luz.

Como observado pelos investigadores, o mapa actual inclui apenas 2% da área total de céu nocturno do Hemisfério Norte. num futuro próximo, planeiam aumentar a sua cobertura em dez vezes, e nos anos subsequentes alcançar os 100%.

Os cientistas ainda esperam que estas observações ajudem a descobrir as galáxias primárias do Universo, que surgiram logo após o Big Bang.

ZAP // Sputnik News

Por SN
23 Fevereiro, 2019

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1201: ESTUDANTE DE DOUTORAMENTO DESCOBRE O PULSAR MAIS LENTO CONHECIDO

Impressão de artista do recém-descoberto pulsar de 23,5 segundos. Os pulsos de rádio têm origem numa fonte situada na direcção da constelação de Cassiopeia e podem ser vistos a viajar até ao núcleo do LOFAR. Esta fonte é um pulsar de rádio altamente magnetizado, visto na inserção. Os pulsos e a imagem do céu são derivados de dados reais do LOFAR.
Crédito: Danielle Futselaar e ASTRON

Um pulsar com aproximadamente 14 milhões de anos, com a rotação mais lenta já identificada, foi descoberto por uma estudante de doutoramento da Universidade de Manchester.

Chia Min Tan, estudante de doutoramento no Centro para Astrofísica Jodrell Bank, da Escola de Física e Astronomia de Manchester, fazia parte de uma equipa internacional que incluía outros astrónomos de Manchester, do ASTRON e da Universidade de Amesterdão.

A equipa realizou as observações usando o LOFAR (Low-Frequency Array), cujo núcleo está localizado na Holanda. As suas descobertas foram publicadas na revista The Astrophysical Journal.

Os pulsares são estrelas de neutrões que giram rapidamente e que produzem radiação electromagnética em feixes que emanam dos seus pólos magnéticos. Estes “faróis cósmicos” nascem quando uma estrela massiva explode numa super-nova. Depois de tal explosão, fica para trás uma “estrela de neutrões” super-densa e giratória com um diâmetro de apenas 20 quilómetros.

O pulsar com a rotação mais rápida conhecida, até à data, gira uma vez a cada 1,4 milissegundos, ou seja, 716 vezes por segundo ou 42.960 por minuto.

Até agora, o pulsar mais lento conhecido tinha um período de rotação de 8,5 segundos. Este novo pulsar, localizado na direcção da constelação de Cassiopeia a cerca de 5200 anos-luz da Terra, gira a uma taxa muito mais lenta de 23,5 segundos.

O que torna a descoberta ainda mais improvável é que a emissão de rádio dura apenas 200 milissegundos dos 23,5 segundos do período de rotação.

Chia Min Tan explica: “A emissão de rádio que vem de um pulsar age como um farol cósmico e só podemos ver o sinal se o feixe de rádio estiver voltado na nossa direcção. Neste caso, o feixe é tão estreito que podia ter facilmente falhado a Terra.

“Os pulsares de rotação lenta são ainda mais difíceis de detectar. É incrível pensar que este pulsar gira mais de 15.000 vezes mais lentamente do que o pulsar mais rápido conhecido. Esperamos encontrar mais com o LOFAR.”

Os astrónomos descobriram este novo pulsar durante o levantamento LOTAAS (LOFAR Tied-Array All-Sky Survey). Esta campanha procura pulsares no céu do hemisfério norte. Cada instantâneo da pesquisa tem a duração aproximada de uma hora. Este valor é superior ao usado em levantamentos anteriores e forneceu a sensibilidade necessária para descobrir este pulsar surpreendente.

Os astrónomos não só “ouviram” os pulsos regulares do sinal do pulsar, como também “viram” o pulsar no levantamento de imagens do LOFAR. O professor Ben Stappers, co-autor do estudo, também da Universidade de Manchester, disse: “Este pulsar foi brilhante o suficiente e gira devagar o suficiente para que pudéssemos vê-lo piscando nas imagens.”

O pulsar tem aproximadamente 14 milhões de anos, mas ainda possui um forte campo magnético. Jason Hessels, co-autor do estudo, do ASTRON e da Universidade de Manchester, acrescentou: “Esta descoberta foi completamente inesperada. Ainda estamos um pouco chocados que um pulsar possa girar tão lentamente e ainda produzir pulsos de rádio. Aparentemente, os pulsares de rádio podem ser mais lentos do que esperávamos. Isto desafia e informa as nossas teorias sobre como os pulsares brilham.”

O próximo passo para os astrónomos é continuar a sua pesquisa LOFAR para encontrar novos pulsares. Também planeiam observar a sua nova descoberta com o telescópio espacial XMM-Newton. Chia Min Tan acrescentou: “Este telescópio está desenhado para detectar raios-X. Se o pulsar super-lento for detectado como uma fonte de raios-X, então teremos importantes informações sobre a sua história e origem.”

Astronomia On-line
26 de Outubro de 2018

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1063: Astrónomos detectam pulsar até agora considerado impossível

NASA
A imagem de um pulsar captada por raio-x

Astrónomos detectaram um pulsar de rádio cujo período de rotação é de 23,5 segundos – um período tão longo que era considerado impossível até agora.

Detectado por um grupo de especialistas liderado por Chia Min Tan, do Centro de Astrofísica Jodrell Bank da Universidade de Manchester, o objecto PSR J0250+5854 encontra-se a 5200 anos-luz da Terra.

Segundo a investigação, publicada a 4 de Setembro na biblioteca online arXiv.org, este pulsar considerado impossível foi descoberto no âmbito do programa LOFAR Tied-Array All-Sky Survey – um programa que estuda pulsares de rádio no hemisfério norte.

Estes pulsares podem ser designados por fontes extraterrestres de radiação com uma periodicidade regular e são detectados na forma de pequenas explosões de emissão de ondas rádio.

Os pulsares de rádio são geralmente descritos como estrelas de neutrões altamente magnetizadas que giram rapidamente com um feixe de radiação que produz a emissão.

O pulsar encontrado tem a rotação mais lenta conhecida até hoje e a sua detecção foi feita em Julho de 2017, usando a rede de radiotelescópios LOwAR (ART), principalmente localizada na Holanda.

Para os astrónomos, encontrar pulsares com rotação superior a 5 segundos era uma missão considerada impossível. Contudo, esta descoberta demonstra que a realidade é muito diferente.

Com uma rotação de 23,5 segundos, a descoberta do PSR J0250+5854 expande significativamente a gama conhecida dos períodos da rotação de pulsares.

A equipa internacional de astrónomos também descobriu que este pulsar tem um campo magnético superficial de 26 triliões de gauss (densidade do fluxo magnético) e 13,7 milhões de anos.

Com os dados recolhidos, os investigadores também conseguiram indicar que o pulsar incomum tem uma configuração bipolar do campo magnético.

Por ZAP
23 Setembro, 2018

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