Observações recentes dos telescópios de raios X da NASA forneceram informações sem precedentes sobre explosões rápidas de rádio (FRBs), eventos cósmicos poderosos e breves que têm intrigado os astrônomos. Ao estudar uma explosão rápida de rádio de um magnetar dentro da nossa galáxia, os cientistas avançaram na nossa compreensão destes fenómenos, revelando rápidas mudanças no comportamento do magnetar que poderiam explicar como os FRBs são gerados. Crédito: SciTechDaily.com
Usando dois dos telescópios de raios X da agência, os investigadores conseguiram ampliar o comportamento errático de uma estrela morta à medida que esta libertava uma breve e brilhante explosão de ondas de rádio.
O que está causando explosões misteriosas de ondas de rádio no espaço profundo? Os astrónomos podem estar um passo mais perto de fornecer uma resposta a essa pergunta. Dois NASA Telescópios de raios X observaram recentemente um desses eventos – conhecido como explosão rápida de rádio – poucos minutos antes e depois de ocorrer. Esta visão sem precedentes coloca os cientistas no caminho para compreender melhor estes eventos extremos de rádio.
Embora durem apenas uma fração de segundo, as rajadas rápidas de rádio podem liberar tanta energia quanto o Sol em um ano. Sua luz também forma um feixe semelhante a um laser, diferenciando-os de explosões cósmicas mais caóticas.
A fonte das explosões rápidas de rádio
Como as explosões são tão breves, muitas vezes é difícil identificar de onde elas vêm. Antes de 2020, aqueles que foram rastreados até à sua origem originavam-se fora da nossa própria galáxia – demasiado longe para os astrónomos verem o que os criou. Então, uma rápida explosão de rádio irrompeu na galáxia natal da Terra, originando-se de um objeto extremamente denso chamado magnetar – os restos colapsados de uma estrela que explodiu.
Compreendendo o comportamento do Magnetar
Em outubro de 2022, o mesmo magnetar – chamado SGR 1935+2154 – produziu outra explosão rápida de rádio, esta estudada em detalhes pelo NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) da NASA na Estação Espacial Internacional e pelo NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) em baixa altitude. Órbita terrestre. Os telescópios observaram o magnetar durante horas, vislumbrando o que aconteceu na superfície do objeto fonte e nas suas imediações, antes e depois da rápida explosão de rádio. Os resultados, descritos em um novo estudo publicado em 14 de fevereiro na revista Naturezasão um exemplo de como os telescópios da NASA podem trabalhar juntos para observar e acompanhar eventos de curta duração no cosmos.
Em uma ejeção que teria causado a desaceleração de sua rotação, um magnetar é retratado perdendo material para o espaço no conceito deste artista. As linhas fortes e torcidas do campo magnético do magnetar (mostradas em verde) podem influenciar o fluxo de material eletricamente carregado do objeto, que é um tipo de estrela de nêutrons. Crédito: NASA/JPL-Caltech
A explosão ocorreu entre duas “falhas”, quando o magnetar de repente começou a girar mais rápido. Estima-se que SGR 1935+2154 tenha cerca de 20 quilômetros de diâmetro e gire cerca de 3,2 vezes por segundo, o que significa que sua superfície se movia a cerca de 11.000 km/h. Retardá-lo ou acelerá-lo exigiria uma quantidade significativa de energia. É por isso que os autores do estudo ficaram surpresos ao ver que entre as falhas, o magnetar desacelerou para menos do que a sua velocidade pré-falha em apenas nove horas, ou cerca de 100 vezes mais rapidamente do que alguma vez foi observado num magnetar.
“Normalmente, quando ocorrem falhas, o magnetar leva semanas ou meses para voltar à sua velocidade normal”, disse Chin-Ping Hu, astrofísico da Universidade Nacional de Educação de Changhua, em Taiwan, e principal autor do novo estudo. “Portanto, é evidente que as coisas estão a acontecer com estes objetos em escalas de tempo muito mais curtas do que pensávamos anteriormente, e isso pode estar relacionado com a rapidez com que as explosões de rádio são geradas.”
A Física dos Magnetares
Ao tentar descobrir exatamente como os magnetares produzem rajadas rápidas de rádio, os cientistas muitas variáveis a considerar.
Por exemplo, os magnetares (que são um tipo de estrela de nêutrons) são tão densos que uma colher de chá de seu material pesaria cerca de um bilhão de toneladas na Terra. Uma densidade tão alta também significa uma forte atração gravitacional: um marshmallow caindo sobre uma superfície típica Estrêla de Neutróns impactaria com a força de uma das primeiras bombas atômicas.
A forte gravidade significa que a superfície de um magnetar é um local volátil, libertando regularmente rajadas de raios X e luz de maior energia. Antes da rápida explosão de rádio que ocorreu em 2022, o magnetar começou a liberar erupções de raios X e raios gama (comprimentos de onda de luz ainda mais energéticos) que foram observados na visão periférica de telescópios espaciais de alta energia. Este aumento na atividade levou os operadores da missão a apontar o NICER e NuSTAR diretamente no magnetar.
“Todas aquelas explosões de raios X que aconteceram antes desta falha teriam, em princípio, energia suficiente para criar uma explosão rápida de rádio, mas não o fizeram”, disse o co-autor do estudo Zorawar Wadiasingh, cientista pesquisador da Universidade de Maryland, College Park e Goddard Space Flight Center da NASA. “Portanto, parece que algo mudou durante o período de desaceleração, criando o conjunto certo de condições.”
O que mais poderia ter acontecido com o SGR 1935+2154 para produzir uma explosão rápida de rádio? Um fator pode ser que o exterior de um magnetar seja sólido e a alta densidade comprima o interior em um estado chamado superfluido. Ocasionalmente, os dois podem ficar fora de sincronia, como a água dentro de um aquário giratório. Quando isso acontece, o fluido pode fornecer energia à crosta. Os autores do artigo acham que foi provavelmente isso que causou as duas falhas que interromperam a rápida explosão de rádio.
Se a falha inicial causou uma rachadura na superfície do magnetar, poderia ter liberado material do interior da estrela para o espaço, como uma erupção vulcânica. A perda de massa faz com que os objetos giratórios desacelerem, então os pesquisadores acham que isso poderia explicar a rápida desaceleração do magnetar.
Implicações para pesquisas futuras
Mas tendo observado apenas um destes eventos em tempo real, a equipa ainda não consegue dizer com certeza quais destes factores (ou outros, como o poderoso campo magnético do magnetar) poderão levar à produção de uma rápida explosão de rádio. Alguns podem não estar conectados à explosão.
“Inquestionavelmente, observamos algo importante para a nossa compreensão das explosões rápidas de rádio”, disse George Younes, pesquisador do Goddard e membro da equipe científica do NICER especializada em magnetares. “Mas acho que ainda precisamos de muito mais dados para completar o mistério.”
Referência: “Mudanças rápidas de rotação em torno de uma explosão de rádio rápida magnetar” por Chin-Ping Hu, Takuto Narita, Teruaki Enoto, George Younes, Zorawar Wadiasingh, Matthew G. Baring, Wynn CG Ho, Sebastien Guillot, Paul S. Ray, Tolga Güver , Kaustubh Rajwade, Zaven Arzoumanian, Chryssa Kouveliotou, Alice K. Harding e Keith C. Gendreau, 14 de fevereiro de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-023-07012-5
Mais sobre a missão
Uma missão Small Explorer liderada pela Caltech e gerenciada pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia para a Diretoria de Missões Científicas da agência em Washington, o NuSTAR foi desenvolvido em parceria com a Universidade Técnica Dinamarquesa e a Agência Espacial Italiana (ASI). A espaçonave foi construída pela Orbital Sciences Corp. em Dulles, Virgínia. O centro de operações de missão do NuSTAR está no Universidade da California, Berkeley, e o arquivo de dados oficial está no Centro de Pesquisa de Arquivos Científicos de Astrofísica de Alta Energia da NASA, no Goddard Space Flight Center da NASA. ASI fornece a estação terrestre da missão e um arquivo de dados espelhados. Caltech gerencia JPL para a NASA.
