Descoberto o elo perdido na evolução dos pulsares

Os pulsares são estrelas de neutrões magnetizadas, os núcleos mortos de estrelas massivas que explodiram como supernova quando esgotaram o seu combustível. Giram a grande velocidade, emitindo pulsos de radiação eletromagnética centenas de vezes por segundo, como se se tratasse de um farol. A análise destes pulsos revela que o seu período de rotação pode ser de apenas alguns milissegundos. 

Os pulsares classificam-se em função da forma como geram estas emissões. Os pulsares de rádio obtêm a sua energia a partir da rotação do seu campo magnético, enquanto os pulsares de raios X se alimentam de um disco de acreção formado pela matéria que arrancam de uma estrela companheira. 

As teorias atuais sugerem que as estrelas de neutrões aumentam a sua velocidade de rotação à medida que acumulam a massa procedente da sua estrela companheira no seu disco de acreção. Quando o material do disco cai em direção à estrela, aquece e emite raios X. 

Ao fim de vários milhares de milhões de anos, a velocidade de acreção diminui e os pulsares acenem-se de novo, mas desta vez emitindo ondas de rádio. 

Os astrónomos pensam que existe uma fase intermédia na qual as estrelas de neutrões oscilam entre estes dois estados, mas até agora não se tinha ainda encontrado provas diretas e conclusivas que suportassem esta teoria. 

Graças ao trabalho conjunto dos observatórios espaciais Integral e XMM-Newton da ESA, combinado com as observações posteriores dos satélites Swift e Chandra da NASA e de uma série de radiotelescópios em terra, os cientistas apanharam finalmente um pulsar nesta fase de transição. 

“A busca chegou ao fim: descobrimos um pulsar milissegundo que, em questão de semanas, passou de um pulsar de acreção, brilhante em raios X, a um de rotação, brilhante nas ondas de rádio. É o elo perdido da evolução dos pulsares”, afirma Alessandro Papitto, do Instituto de Ciências Espaciais de Barcelona, Espanha, e líder da investigação publicada esta semana na Nature. 

Este pulsar, identificado como IGR J18245-2452, foi observado pela primeira vez na banda dos raios X pelo Integral a 28 de março de 2013. E está no cúmulo globular M28, na constelação de Sagitário. 

As observações realizadas com o XMM-Newton permitiram determinar que o seu período de rotação era de 3.9 milissegundos, o que significa que gira sobre o seu próprio eixo mais de 250 vezes por segundo, classificando-o claramente como um pulsar milissegundo de raios X. 

No entanto, depois de comparar o seu período de rotação e outras características com as de os outros pulsares da M28, descobriu-se que encaixava perfeitamente na descrição de um pulsar observado em 2006 – só que aquele emitia ondas de rádio.

“Parecia um pulsar milissegundo de rádio convencional, mas agora estava brilhando na banda dos raios X – obviamente não se tratava de um pulsar qualquer”, acrescenta Papitto. 

Os astrónomos continuaram a observar o objeto com telescópios de raios X, mas também iniciaram uma série de observações na banda do rádio, procurando indícios de uma nova alteração de personalidade. 

O que não esperavam era que esta alteração de comportamento acontecesse em questão de semanas. 

“Pensávamos que esta transição apenas ocorreria uma vez nos milhares de milhões de anos que dura o processo evolutivo deste tipo de sistemas, mas em menos de um mês o pulsar passou de emitir raios X a ondas de rádio e voltou ao estado inicial, demostrando que a alteração pode acontecer numa escala de tempo extremadamente curta”, explica Enrico Bozzo, da Universidade de Genebra, Suíça, e coautor da publicação. 

Apesar de a transformação ter acontecido muito mais rapidamente do que se esperava, as suas características estão de acordo com as teorias atuais. Pensa-se que a transição baseia-se na interação entre o campo magnético do pulsar e a pressão do material que cai na sua direção, procedente da sua estrela companheira de baixa massa. 

Quando o fluxo de matéria procedente da estrela companheira se intensifica, a sua alta densidade bloqueia a emissão de ondas de rádio e o pulsar só és visível na  banda dos raios X, graças à radiação emitida pela matéria do disco de acreção quando se aquece ao cair em direção à estrela de neutrões. 

No entanto, quando a velocidade de acreção diminui, o campo magnético do pulsar expande-se e expulsa qualquer resto de matéria, retomando a emissão de ondas de rádio. 

Ao estudar os dados do arquivo deste pulsar em concreto, os astrónomos descobriram que estes ciclos podem repetir-se em períodos de apenas alguns anos. 

“A descoberta deste pulsar em transição põe fim a décadas de trabalho em busca de um objeto como este, e ajudar-nos-á a compreender melhor o processo evolutivo dos pulsares”, explica Erik Kuulkers, Cientista de Projeto, do Integral para a ESA. 

“Apesar de termos demorado anos a detetar este primeiro exemplo, pensamos que este tipo de pulsares em sistemas binários são bastante comuns, estamos desejando encontrar muitos mais”, conclui Norbert Schartel, Cientista de Projeto XMM-Newton, para a ESA.

Mais informação

‘Swings between rotation and accretion power in a millisecond binary pulsar’, de A. Papitto et al. publicado na revista Nature a 26 de setembro de 2013.

Markus Bauer
ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer

Tel: +31 71 565 6799

Mob: +31 61 594 3 954

Email: markus.bauer@esa.int

Alessandro Papitto
Institut de Ciències de l’Espai (ICE), CSIC-IEEC (Spanish National Research Council - Institute for Space Studies of Catalonia)
Barcelona, Spain
Tel: +34 935 868355
Email: papitto@ice.csic.es

Enrico Bozzo
ISDC Data Centre for Astrophysics
University of Geneva, Switzerland
Tel: +41 79 3129209
Email: Enrico.Bozzo@unige.ch

Erik Kuulkers
ESA Integral Project Scientist
Tel: +34 918131358
Email: Erik.Kuulkers@esa.int

Norbert Schartel
ESA XMM-Newton Project Scientist
Tel: +34 91 8131 184
Email: Norbert.Schartel@esa.int