Astrônomos do Centro de Excelência ARC para Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav) e CSIRO acabaram de observar um comportamento bizarro e nunca visto antes de um magnetar muito alto – um tipo raro de estrela de nêutrons e um dos ímãs mais fortes do universo.
Suas novas descobertas, publicadas nos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society (MNRAS), sugerem que os magnetares têm campos magnéticos mais complexos do que se pensava anteriormente, o que pode desafiar as teorias de como eles nascem e evoluem ao longo do tempo.
Os magnetares são um tipo raro de estrela de nêutrons em rotação com alguns dos campos magnéticos mais poderosos do universo. Os astrônomos detectaram apenas 30 desses objetos dentro e ao redor da Via Láctea – a maioria deles detectada por telescópios de raios-X após uma explosão de alta energia.
No entanto, um punhado desses magnetares também emitiu pulsos de rádio semelhantes aos pulsares – os primos menos magnéticos dos magnetares que produzem feixes de ondas de rádio a partir de seus pólos magnéticos. Rastrear como os pulsos desses magnetares com alto volume de rádio mudam com o tempo oferece uma janela única para sua evolução e geometria.
Em março de 2020, um novo magnetar chamado Swift J1818.0-1607 (J1818 para abreviar) foi descoberto depois de emitir uma rajada de raios-X brilhante. Observações de acompanhamento rápido detectaram pulsos de rádio originados do magnetar. Curiosamente, a aparência dos pulsos de rádio do J1818 era bem diferente daqueles detectados em outros magnetares com alto volume de rádio.
A maioria dos pulsos de rádio dos magnetares mantém um brilho consistente em uma ampla faixa de frequências de observação. No entanto, os pulsos de J1818 eram muito mais brilhantes em baixas frequências do que em altas frequências – semelhante ao que é visto em pulsares, outro tipo mais comum de estrela de nêutrons emissores de rádio.
A fim de entender melhor como J1818 iria evoluir ao longo do tempo, uma equipe liderada por cientistas do Centro de Excelência para Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav) o observou oito vezes usando o radiotelescópio CSIRO Parkes (também conhecido como Murriyang) entre maio e outubro 2020.
Durante esse tempo, eles descobriram que o magnetar passou por uma breve crise de identidade: em maio, ele ainda estava emitindo os pulsos incomuns de pulsar que haviam sido detectados anteriormente; no entanto, em junho, ele começou a piscar entre um estado claro e um fraco. Este comportamento oscilante atingiu um pico em julho, quando os astrônomos o viram oscilando entre pulsos de rádio semelhantes aos de pulsar e magnetar.
“Este comportamento bizarro nunca foi visto antes em qualquer outro magnetar com ruído de rádio”, explica o autor principal do estudo e Ph.D. da Universidade Swinburne / CSIRO. aluno Marcus Lower. “Parece ter sido apenas um fenômeno de curta duração, visto que, em nossa próxima observação, ele se estabeleceu permanentemente neste novo estado semelhante ao magnetar.”
Os cientistas também procuraram alterações na forma do pulso e no brilho em diferentes frequências de rádio e compararam suas observações a um modelo teórico de 50 anos. Este modelo prevê a geometria esperada de um pulsar, com base na direção de torção de sua luz polarizada.
“A partir de nossas observações, descobrimos que o eixo magnético do J1818 não está alinhado com seu eixo de rotação”, diz Lower. “Em vez disso, o pólo magnético emissor de rádio parece estar em seu hemisfério sul, localizado logo abaixo do equador. A maioria dos outros magnetares têm campos magnéticos que estão alinhados com seus eixos de rotação ou são um pouco ambíguos. Esta é a primeira vez que temos definitivamente visto um magnetar com um pólo magnético desalinhado. ”
Notavelmente, esta geometria magnética parece ser estável na maioria das observações. Isso sugere que quaisquer mudanças no perfil de pulso são simplesmente devido às variações na altura em que os pulsos de rádio são emitidos acima da superfície da estrela de nêutrons. No entanto, a observação de 1º de agosto de 2020 se destaca como uma curiosa exceção.
“Nosso melhor modelo geométrico para esta data sugere que o feixe de rádio mudou brevemente para um pólo magnético completamente diferente localizado no hemisfério norte do magnetar”, diz Lower.
A distinta falta de qualquer mudança na forma do perfil de pulso do magnetar indica que as mesmas linhas de campo magnético que acionam os pulsos de rádio ‘normais’ também devem ser responsáveis pelos pulsos vistos do outro pólo magnético.
O estudo sugere que isso é evidência de que os pulsos de rádio do J1818 se originam de loops de linhas de campo magnético conectando dois pólos próximos, como aqueles vistos conectando os dois pólos de um ímã em ferradura ou manchas solares no sol. Isso é diferente da maioria das estrelas de nêutrons comuns, que devem ter pólos norte e sul em lados opostos da estrela, que são conectados por um campo magnético em forma de rosca.
Esta configuração peculiar do campo magnético também é apoiada por um estudo independente dos pulsos de raios-X do J1818 que foram detectados pelo telescópio NICER a bordo da Estação Espacial Internacional. Os raios X parecem vir de uma única região distorcida de linhas de campo magnético que emergem da superfície magnetar ou de duas regiões menores, mas bem espaçadas.
Essas descobertas têm implicações potenciais para as simulações de computador de como os magnetares nascem e evoluem ao longo de longos períodos de tempo, já que geometrias de campo magnético mais complexas mudarão a rapidez com que seus campos magnéticos devem se deteriorar com o tempo. Além disso, as teorias que sugerem que rajadas de rádio rápidas podem se originar de magnetares terão que levar em conta os pulsos de rádio potencialmente originados de vários locais ativos em seus campos magnéticos.
Fazer uma inversão entre os pólos magnéticos em ação também pode proporcionar a primeira oportunidade de mapear o campo magnético de um magnetar.
“O telescópio Parkes observará o magnetar de perto durante o próximo ano”, diz o cientista e co-autor do estudo Simon Johnston, do CSIRO Astronomy and Space Science.
Publicado em 02/02/2021 15h10
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