Cientista encontra o elo perdido

Cientistas encontraram o ‘elo perdido’ da gênese dos pulsares super rápidos

Estrela de nêutrons com disco de acresção (à esquerda), alimentando-se de matéria da companheira binária (à direita). Crédito:Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Um time de astrônomos descobriu um sistema binário singular que é o “elo perdido” da fase do nascimento dos pulsares super rápido que apresenta períodos da ordem de milissegundos. Estes ‘pulsares de milissegundo’ são considerados os objetos estelares que giram mais rapidamente no Universo.

“Há algum tempo nós achamos que conhecíamos a maneira pela qual estes pulsares são acelerados até girarem tão rapidamente e este sistema binário está nos mostrando agora este processo em ação”, falou Anne Archibald da universidade McGill em Montreal, Canadá.

Os pulsares são os faróis cósmicos

Os pulsares são estrelas de nêutrons super densas, formadas pelas cinzas remanescentes das explosões de supernovas de estrelas massivas. As interações das partículas ionizadas com o poderoso campo magnético da estrela de nêutrons geram feixes de luz e ondas de rádio, como um ‘farol cósmico’ que roda acompanhando a rotação da estrela. Em geral os pulsares giram em ciclos que variam de algumas vezes por segundo até freqüências de dezenas de rotações por segundo. A freqüência se atenua com o passar do tempo, alongando-se depois de milhares de anos.

No entanto, excepcionalmente, algumas dessas estrelas de nêutrons, denominadas ‘pulsares de milissegundo’, rodam centenas de vezes por segundo. Os astrônomos acreditam que a rápida rotação é causada pela acresção de material de uma estrela binária companheira, o que provoca uma aceleração no giro do pulsar. O material da binária forma um disco plano de matéria, que gira em torno da estrela de nêutrons e durante esse período as ondas de rádio, inerentes ao pulsar, não poderiam ser detectadas. Se, algum tempo depois, a porção de matéria em acresção pela estrela de nêutrons fosse plenamente absorvida e o material porventura parasse de ser fornecido pela companheira, as ondas de rádio voltariam a emergir e o objeto seria reconhecido como um pulsar.

Aparentemente foi uma seqüência de eventos similar ao cenário descrito acima que aconteceu com um sistema estelar binário localizado em cerca de 4.000 anos-luz da Terra. O ‘pulsar de milissegundo’ deste sistema (J1023) foi descoberto pelo observatório Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) da National Science Foundation (NSF) na Virgínia Ocidental, em 2007, em uma pesquisa liderada por astrônomos da West Virginia University e do Observatório National Radio Astronomy (NRAO).

Uma seqüência rápida de mudanças intrigou os astrônomos

Os astrônomos notaram que o objeto foi detectado inicialmente pelo radiotelescópio Very Large Array (VLA) [grande rede de radiotelescópios] da NSF durante uma grande pesquisa realizada em 1998. Em 1999 esse objeto foi observado nas freqüências da luz visível pela pesquisa digital celeste Sloan (SDSS – Sloan Digital Sky Survey) que mostrou que se tratava de um objeto estelar similar ao Sol.

Quando observado novamente em 2000, o objeto havia mudado dramaticamente, mostrando evidências da existência de um disco de acresção, nas vizinhanças da estrela de nêutrons. Em maio de 2002, subitamente, este disco de acresção havia desaparecido.

“Este incomum comportamento intrigou os astrônomos e diversas teorias foram apresentadas para explicar a natureza deste objeto”, informou Ingrid Stairs da universidade da Columbia Britânica, que esteve visitando a Australia Telescope National Facility e a universidade de Swinburne em 2009.

As observações de 2007 com usando o Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT), mostraram que o objeto em questão agora consistia em um ‘pulsar de milissegundo’ com uma freqüência de rotação de 592 vezes por segundo.

“Nenhum outro ‘pulsar de milissegundo’ já tinha mostrado evidências da presença de um disco de acresção”, disse Archibald. “Nós sabemos que outro tipo de sistema binário, chamado de sistema binário de raios-X de baixa massa (LMXB - low-mass X-ray binary), também contém uma estrela de nêutrons com rápida rotação e um disco de acresção, mas estes sistemas não emitem ondas de rádio. Nós pensávamos que os LMXBs provavelmente estavam no processo de aceleração rotacional e posteriormente iriam emitir as ondas de rádio como um pulsar. Este objeto parece ser o ‘elo perdido’ conectando esses dois tipos de sistemas”, ela explicou.

“Parece que este objeto mudou seu status de LMXB para pulsar, quando experimentou os eventos de formação do disco de acresção a partir do material ejetado pela companheira binária e posteriormente a transferência de massa se interrompeu, o disco de acresção desapareceu e o ‘pulsar de milissegundo’ surgiu”, comentou Scott Ransom da NRAO.

Os cientistas têm estudado em detalhe o pulsar J1023 usando os seguintes equipamentos:

O Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) National Science Foundation (NSF) na Virgínia Ocidental;
O radiotelescópio de Westerbork nos Países Baixos;
O radiotelescópio de Arecibo, em Porto Rico;
O rádio telescópio Parkes, na Austrália.

Os resultados indicam que a companheira desta estrela de nêutrons tem menos de metade da massa do Sol, e orbita a estrela de nêutrons uma vez a cada quatro horas e 45 minutos.

Veja essas animações interessantes (em flash), dê um clique nos links abaixo para assistir:

Órbitas durante a fase de transferência de massa da companheira binária
A fase de transferência de massa seguida pelo início da visibilidade do pulsar

“Este sistema nos fornece um ‘laboratório cósmico’ sem paralelo para estudar a maneira pela qual os pulsares de milissegundo evoluem”, ressaltou Ingrid Stairs da universidade da Columbia Britânica.

Maura McLaughlin, da universidade de West Virginia, também concorda: “As observações futuras deste sistema, nos comprimentos de onda de rádio e em outras freqüências, irão, com certeza, trazer muitas surpresas.”

Anne Archibald, Scott Ransom, Ingrid Stairs e Maura McLaughlin fazem parte de uma equipe científica internacional com representantes da universidade McGill, universidade da Columbia Britânica, NRAO, universidade de West Virginia e outros. Os cientistas anunciaram sua descoberta na edição on-line de 21 de maio de 2009 na revista Science.

O National Radio Astronomy Observatory é uma entidade pertencente a National Science Foundation, operado de forma cooperativa pela Associated Universities, Inc.