Em 22 de fevereiro de 1971, um foguete de sondagem decolou da Ilha Wallops, na Virgínia, com sensores especializados apontados para a Nebulosa do Caranguejo, um objeto cósmico brilhante a 6.500 anos-luz de distância. Naquela época, antes de recuperar as fitas físicas do experimento, os cientistas primeiro recebiam os dados científicos em um registrador gráfico, um dispositivo que imprimia sinais no papel. O astrônomo Martin Weisskopf e seus colegas começaram sua análise no dia do lançamento medindo a distância entre os sinais usando uma régua e um lápis.
“O que torna a ciência tão bonita e empolgante é que, nesses poucos momentos, você está vendo algo que ninguém jamais viu antes”, disse Weisskopf, agora astrônomo emérito do Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama.
Décadas depois, Weisskopf propôs o desenvolvimento de um satélite em órbita da Terra com instrumentos poderosos que pudessem coletar medições muito mais detalhadas do mesmo tipo sobre a Nebulosa do Caranguejo e outros objetos cósmicos misteriosos. Esse satélite se tornou o Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) da NASA, lançado em 9 de dezembro de 2021.
Agora, mais de 50 anos após o experimento do foguete de sondagem, os cientistas usaram o IXPE para criar um mapa detalhado e com nuances do campo magnético da Nebulosa do Caranguejo, revelando mais de seu funcionamento interno do que nunca. Os novos resultados, aceitos para publicação na revista Nature Astronomy (pré-impressão disponível), ajudam a resolver mistérios de longa data sobre a bem estudada Nebulosa do Caranguejo e abrem novas questões para estudos futuros.
Os dados do IXPE mostram que o campo magnético da Nebulosa do Caranguejo se assemelha ao da Nebulosa do Vento Pulsar Vela, que também tem a forma de uma rosquinha. Mas no Crab, os cientistas ficaram surpresos com o fato de as áreas de turbulência do campo magnético serem mais irregulares e assimétricas do que o esperado.
“Esta é uma indicação clara de que mesmo os modelos mais complexos desenvolvidos no passado, com o uso de técnicas numéricas avançadas, não captam totalmente a complexidade deste objeto”, disse Niccolò Bucciantini, principal autor do estudo e astrônomo do INAF. Observatório Arcetri em Florença, Itália.
Um objeto de estudo favorito entre os astrônomos, a Nebulosa do Caranguejo resultou de uma supernova documentada no ano de 1054. A explosão deixou para trás um objeto denso chamado Pulsar do Caranguejo, com aproximadamente o diâmetro de Huntsville, Alabama ou o comprimento de Manhattan, mas com tanto massa de cerca de dois sóis. A confusão caótica de gases, ondas de choque, campos magnéticos e luz de alta energia e partículas provenientes do pulsar em rotação é chamada coletivamente de “nebulosa do vento do pulsar”. Essas condições extremas criam um ambiente bizarro que ainda não é totalmente compreendido.
Weisskopf e seus colegas esperavam entender esse ambiente extremo de uma nova maneira, medindo a polarização dos raios-X da Nebulosa do Caranguejo, que brilha intensamente nos raios-X. A polarização de raios-X dá aos cientistas pistas sobre a direção em que o campo magnético aponta em diferentes partes de um objeto cósmico, bem como quão bem ordenado é o campo magnético. A geometria e a turbulência do campo magnético determinam como as partículas são catapultadas em direção à velocidade da luz.
Nos cinco minutos que o experimento do foguete de sondagem de 1971 passou acima da atmosfera da Terra, ele produziu as primeiras medições de polarização de raios-X do mundo.
Os cientistas seguiram com um satélite chamado OSO-8 em 1975, que também mediu a polarização de raios-X da Nebulosa do Caranguejo. O foguete e o satélite produziram geralmente o mesmo resultado: a Nebulosa do Caranguejo tem uma polarização média de cerca de 20%.
Como cientista do projeto do Observatório de Raios-X Chandra da NASA, lançado em 1999, Weisskopf continuou sua exploração da Nebulosa do Caranguejo de novas maneiras. Com o Chandra, “obtivemos belas imagens da nebulosa e do pulsar e pudemos ver os jatos e as várias estruturas”, disse ele. As imagens de raios-X do Chandra revelaram estruturas semelhantes a fios que se movem na nebulosa e ajudaram os cientistas a entender melhor a relação entre a energia do pulsar e as emissões de raios-X.
Quase todos os grandes telescópios recentes apontaram para a Nebulosa do Caranguejo para entender melhor esse misterioso remanescente de supernova. Mas apenas o IXPE pode estudar os raios X do Caranguejo em termos de polarização, uma medida da organização dos campos eletromagnéticos.
“O Caranguejo é um dos objetos astrofísicos de alta energia mais estudados no céu. Portanto, é extremamente empolgante podermos aprender algo novo sobre esse sistema observando através das ‘lentes polarizadas’ do IXPE”, disse Michela Negro, cientista pesquisadora no Goddard Space Flight Center da NASA, afiliado à Universidade de Maryland, Baltimore, e co-autor do estudo.
Em toda a nebulosa, o IXPE encontrou aproximadamente a mesma polarização média que Weisskopf e seus colegas encontraram na década de 1970. Mas com instrumentos mais sofisticados, o IXPE foi capaz de refinar o ângulo de polarização e examinar as diferenças de polarização em todo o objeto. Os cientistas veem áreas de muita polarização nas regiões externas da nebulosa, a anos-luz do pulsar, onde a polarização é menor.
Isso permitiu aos cientistas investigar não apenas os raios-X da Nebulosa do Caranguejo, mas também os provenientes do próprio pulsar ou da esfera de campos magnéticos ao seu redor. As descobertas sugerem que esses raios-X se originam na região externa do campo magnético, chamada de região do “vento”, embora exatamente onde e como ainda seja desconhecido. Dentro do campo magnético, choques gerados pelo “vento” do pulsar estão impulsionando partículas próximas à velocidade da luz.
“Estou muito orgulhoso de todos os associados ao IXPE”, disse Weisskopf, que foi o primeiro investigador principal da missão. “Todo mundo trabalhou tão duro e funciona como anunciado.” Refletindo sobre seu trabalho no experimento de 1971 que lançou as bases para os novos resultados, Weisskopf diz: “É como se alguém me dissesse: ‘Martin, você fez bem'”.
Publicado em 12/04/2023 22h49
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