727: IXPE descobre poderosos campos magnéticos e crosta sólida numa estrela de neutrões

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Foto que mostra a posição do magnetar 4U 0142+61 no Universo (ver vídeo para maior contexto). O magnetar é uma estrela de neutrões localizada na direcção da constelação de Cassiopeia, a cerca de 13.000 anos-luz da Terra.
Crédito: Roberto Taverna

Menos de um ano após o lançamento, as observações de uma estrela de neutrões pelo IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA levaram à confirmação do que os cientistas apenas teorizaram anteriormente: os magnetares têm campos magnéticos ultra-fortes e são altamente polarizados.

Os cientistas utilizaram o IXPE para observar o magnetar 4U 0142+61, uma estrela de neutrões localizada na direcção da constelação de Cassiopeia, a cerca de 13.000 anos-luz da Terra.

Esta é a primeira observação de sempre da polarização de raios-X de um magnetar, uma estrela de neutrões com os campos magnéticos mais poderosos do Universo.

Os astrónomos descobriram que a estrela de neutrões provavelmente tem uma superfície sólida e nenhuma atmosfera. Esta é a primeira vez que os cientistas conseguem concluir com fiabilidade que uma estrela de neutrões tem uma crosta sólida, uma descoberta possibilitada pelas medições de polarização de raios-X do IXPE.

A polarização é uma propriedade da luz que nos diz mais sobre os campos eléctricos e magnéticos interligados que compõem todos os comprimentos de onda da luz.

Estes campos oscilam, ou vibram, em ângulos rectos em relação à trajectória da luz. Quando os seus campos eléctricos vibram numa direcção única e unificada, dizemos que a luz é polarizada.

Os astrónomos também descobriram que o ângulo de polarização depende da energia das partículas de luz, com luz altamente energética a um ângulo de polarização de 90 graus em comparação com luz menos energética.

“Descobrimos que o ângulo de polarização gira exactamente 90 graus, seguindo o que os modelos teóricos previam se a estrela tivesse uma crosta sólida rodeada por uma magnetosfera externa cheia de correntes eléctricas”, disse Roberto Taverna, da Universidade de Pádua, autor principal do novo estudo publicado na revista Science.

Os cientistas ficaram surpreendidos ao aprender que os níveis de energia podem afectar a polarização.

“Com base nas teorias actuais dos magnetares, esperávamos detectar a polarização, mas ninguém previu que a polarização dependesse da energia, como estamos a ver neste magnetar”, disse Martin Weisskopf, cientista emérito da NASA que liderou a equipa IXPE desde o início da missão até à primavera de 2022.

Além disso, a polarização a baixas energias indica que o campo magnético é tão inimaginavelmente poderoso que poderia ter transformado a atmosfera em torno da estrela de neutrões num sólido ou num líquido.

“Este é um fenómeno conhecido como condensação magnética”, disse o presidente do grupo de trabalho sobre o tema dos magnetares para o IXPE, Roberto Turolla, da Universidade de Pádua e do Colégio Universitário de Londres.

É ainda um tema de debate se os magnetares e outras estrelas de neutrões têm atmosferas.

Graças às medições de polarização por raios-X, os astrofísicos são agora capazes de verificar o grau de polarização e o seu ângulo de posição ao testar os parâmetros dos modelos de emissão de raios-X.

Os resultados das observações do IXPE vão ajudar os astrónomos de raios-X a compreender melhor a física de objectos extremos como magnetares e buracos negros.

“Além do magnetar 4U 0142+61, o IXPE está a ser utilizado para estudar uma vasta gama de fontes de raios-X extremos, e estão a chegar muitos resultados excitantes”, disse Fabio Muleri, cientista do projecto italiano do IXPE no INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) em Roma.

Para Weisskopf, é evidente que as observações do IXPE têm sido críticas.

“Na minha mente, não pode haver dúvidas de que o IXPE demonstrou que a polarimetria de raios-X é importante e relevante para promover a nossa compreensão de como estes fascinantes sistemas de raios-X funcionam”, disse. “As futuras missões terão de ter esse facto em mente”.

O IXPE baseia-se nas descobertas do Observatório de raios-X Chandra da NASA e de outros telescópios espaciais através da medição da polarização da luz de raios-X.

Astronomia On-line
15 de Novembro de 2022



 

672: Estrela bizarra pode ter superfície sólida nunca vista. “Completamente inesperado”

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esperava-se que a estrela tivesse uma atmosfera à sua volta, e isto produziria um sinal em que a luz fosse polarizada numa direcção específica. Contudo, este não era o caso.

NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)
Conceito artístico de disco de detritos à volta do magnetar 4U 0142+61

As estrelas consistem em grandes bolas de plasma quentes, no entanto, os astrónomos detectaram agora uma super estranha que parece ter uma superfície sólida.

O seu intenso campo magnético é suficientemente forte para superar as suas temperaturas de bolhas e “congelar” até as suas camadas exteriores para uma crosta sólida.

A descoberta foi feita por astrónomos que estudam dados do Explorador de Polarimetria de Raios X (IXPE), um satélite que mede a polarização da luz de raios X a partir de fontes cósmicas.

A polarização é essencialmente a direcção que as ondas electromagnéticas estão a “apontar”, e analisá-las pode revelar muito sobre um objecto e o ambiente à sua volta.

Neste caso, a equipa de investigadores examinou os dados da IXPE num magnetar conhecido como 4U 0142+61, localizado a cerca de 13.000 anos-luz da Terra na constelação Cassiopeia.

Os magnetares são um tipo de estrela de neutrões com um campo magnético extremamente poderoso, e isto marca a primeira vez que tal objecto foi observado em luz de raios X polarizada.

Os dados revelaram algumas surpresas sobre o magnetar. Em primeiro lugar, esperava-se que tivesse uma atmosfera à sua volta, e isto produziria um sinal em que a luz fosse polarizada numa direcção específica. Contudo, este não era o caso, indicando a falta de uma atmosfera.

Mais estranho ainda, em energias mais elevadas o ângulo de polarização foi invertido exactamente 90 graus, em comparação com a luz em energias mais baixas.

Este é o sinal que seria de esperar se o magnetar tivesse uma superfície sólida, rodeada por um campo magnético no exterior. Esta crosta seria constituída por uma grelha de iões, com o campo magnético a mantê-la toda junta.

“Isto foi completamente inesperado“, disse Silvia Zane, co-autora principal do estudo ao New Atlas. “Estava convencida de que haveria uma atmosfera. O gás da estrela atingiu um ponto de viragem e tornou-se sólido de uma forma semelhante, podendo a água transformar-se em gelo.

Isto é o resultado do campo magnético incrivelmente forte da estrela. Mas, tal como com a água, a temperatura também é um factor – um gás mais quente exigirá um campo magnético mais forte para se tornar sólido“.

A equipa reconhece que pode haver outras explicações para as observações, mas esta é a primeira vez que uma superfície sólida sobre uma estrela é uma hipótese viável.

Os investigadores pretendem examinar magnetares ainda mais quentes no futuro, para investigar a forma como a temperatura e a força do campo magnético podem interagir para alterar a superfície de uma estrela.

ZAP //
11 Novembro, 2022