543: MISSÃO NICER DA NASA DESCOBRE PULSAR DE RAIOS-X EM ÓRBITA RECORDE

As estrelas de IGR J17062–6143, aqui ilustradas, orbitam-se uma à outra a cada 38 minutos, a órbita mais rápida conhecida para um sistema binário que contém um pulsar de raios-X de milissegundo com acreção. Enquanto giram, um pulsar super-denso puxa gás de uma anã branca leve. As duas estrelas estão tão perto que cabiam entre a Terra e a Lua.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

Cientistas que analisavam os primeiros dados da missão NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) encontraram duas estrelas que giram em torno uma da outra a cada 38 minutos. Uma das estrelas do sistema chamado IGR J17062–6143 (J17062, abreviado) é uma estrela super-densa e de rápida rotação a que chamamos pulsar. A descoberta confere ao par estelar o recorde do período orbital mais curto para uma determinada classe de sistema binário de pulsares.

Os dados do NICER também mostram que as estrelas do par J17062 estão apenas separadas por 300.000 quilómetros, menos do que a distância entre a Terra e a Lua. Com base no rapidíssimo período orbital e na separação do par, os cientistas envolvidos num novo estudo do sistema pensam que a segunda estrela é uma anã branca pobre em hidrogénio.

“Não é possível para uma estrela rica em hidrogénio, como o nosso Sol, ser a companheira do pulsar,” comenta Tod Strohmayer, astrofísico de Goddard e autor principal do artigo. “Não conseguimos fazer encaixar uma estrela como essa numa órbita tão pequena.”

Uma observação prévia de 20 minutos pelo RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) em 2008 só conseguiu estabelecer um limite inferior para o período orbital de J17062. O NICER, instalado a bordo da Estação Espacial Internacional em Junho passado, pôde observar o sistema por períodos muito mais longos. Em Agosto, o instrumento focou-se em J17062 por mais de sete horas ao longo de 5,3 dias. Combinando observações adicionais em Outubro e Novembro, a equipa de cientistas foi capaz de confirmar o período orbital recorde para um sistema binário contendo o que os astrónomos chamam de AMXP (accreting millisecond X-ray pulsar).

Quando uma estrela massiva passa a super-nova, o seu núcleo colapsa num buraco negro ou numa estrela de neutrões, pequena e super-densa – do tamanho de uma cidade, mas com mais massa do que o Sol. As estrelas de neutrões são tão quentes que a luz que irradiam passa a porção incandescente do espectro visível e ultravioleta até aos raios-X. Um pulsar é uma estrela de neutrões que gira rapidamente.

A observação de J17062 levada a cabo em 2008 pelo RXTE descobriu pulsos recorrentes de raios-X 163 vezes por segundo. Estes pulsos marcam a localização de pontos quentes em redor dos pólos magnéticos do pulsar, o que permitiu que os astrónomos determinassem quão rapidamente gira. O pulsar de J17062 gira a cerca de 9800 rotações por minuto.

Pontos quentes formam-se quando o intenso campo gravitacional de uma estrela de neutrões retira material de uma companheira estelar – em J17062, da anã branca – e é colocado num disco de acreção. A matéria no disco espirala para dentro, eventualmente chegando à superfície. As estrelas de neutrões têm campos magnéticos fortes, de modo que o material aterra na superfície de forma desigual, viajando ao longo do campo magnético até aos pólos onde produz os pontos quentes.

O constante bombardeamento de gás em queda faz com que os pulsares de acreção girem mais rapidamente. Enquanto giram, os pontos quentes entram e saem da vista de instrumentos de raios-X como o NICER, que regista as flutuações. Alguns pulsares giram mais de 700 vezes por segundo. As flutuações de raios-X dos pulsares são tão previsíveis que a experiência companheira do NICER, SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology), já mostrou que podem servir como faróis para navegação autónoma em futuras naves espaciais.

Com o tempo, o material da estrela dadora é acumulado à superfície da estrela de neutrões. Assim que a pressão desta camada cresce até ao ponto em que os seus átomos se fundem, ocorre uma reacção termonuclear descontrolada, libertando a energia equivalente a 100 bombas de 15 megatoneladas que explodem sobre cada centímetro quadrado, explicou Strohmayer. Os raios-X de tais explosões também pode ser captados pelo NICER, embora ainda não tenham sido vistas em J17062.

Os investigadores foram capazes de determinar que as estrelas de J17062 giram em torno uma da outra numa órbita circular, o que é comum para os AMXPs. A estrela dadora, anã branca, é um “peso leve”, com mais ou menos 1,5% da massa do Sol. O pulsar tem muito mais massa, cerca de 1,4 massas solares, o que significa que as estrelas orbitam um ponto a cerca de 3000 km do pulsar. Strohmayer disse que é quase como se a estrela dadora orbitasse um pulsar estacionário, mas o NICER é sensível o suficiente para detectar a pequena flutuação na emissão de raios-X do pulsar devido ao puxo da anã branca.

“A distância entre nós e o pulsar não é constante,” comenta Strohmayer. “Varia devido a este movimento orbital. Quando o pulsar está mais próximo, a emissão de raios-X leva um pouco menos a chegar até nós do que quando está mais distante. O atraso é pequeno, apenas cerca de 8 milissegundos para a órbita de J17062, mas está bem dentro das capacidades de uma máquina sensível como o NICER.”

Os resultados do estudo foram publicados no passado dia 9 de maio na revista The Astrophysical Journal Letters.

A missão do NICER é fornecer medições de alta precisão para melhor estudar a física e o comportamento das estrelas de neutrões. Outros dados da primeira fornada de dados do instrumento forneceram resultados sobre as explosões termo-nucleares de um objecto e exploraram o que acontece com o disco de acreção durante estes eventos.

“As estrelas de neutrões são verdadeiros laboratórios de física nuclear, do ponto de vista terrestre,” comenta Zaven Arzoumanian, astrofísico de Goddard e cientista chefe do NICER. “Não podemos recriar as condições das estrelas de neutrões em qualquer parte do nosso Sistema Solar. Um dos principais objectivos do NICER é estudar a física subatómica que não é acessível em nenhum outro lugar.”

Astronomia On-line
15 de Maio de 2018

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