Usando o observatório espacial IXPE da NASA, os astrônomos mapearam os raios X polarizados de Cassiopeia A os restos de uma estrela massiva que se transformou em supernova.
A polarização dos raios X provenientes dos restos de uma estrela distante explodida foi medida e mapeada pela primeira vez por astrônomos.
Os resultados coletados dos destroços estelares conhecidos como Cassiopeia A (Cas A) podem lançar uma nova luz sobre a natureza dos remanescentes de supernovas jovens e seus campos magnéticos, que podem acelerar partículas para perto da velocidade da luz.
As descobertas representam uma nova maneira de reconstruir a morte explosiva de estrelas massivas à medida que se tornam supernovas – um processo que semeia o universo com elementos que se tornam os blocos de construção da próxima geração de estrelas.
A polarização dos raios X provenientes dos restos de uma estrela distante explodida foi medida e mapeada pela primeira vez por astrônomos.
Os resultados coletados dos destroços estelares conhecidos como Cassiopeia A (Cas A) podem lançar uma nova luz sobre a natureza dos remanescentes de supernovas jovens e seus campos magnéticos, que podem acelerar partículas para perto da velocidade da luz.
As descobertas representam uma nova maneira de reconstruir a morte explosiva de estrelas massivas à medida que se tornam supernovas – um processo que semeia o universo com elementos que se tornam os blocos de construção da próxima geração de estrelas.
Os astrônomos coletaram dados de raios-X da Cas A – localizada a 11.000 anos-luz de distância na constelação de Cassiopeia – usando o observatório espacial Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE).
O primeiro objeto que o IXPE começou a observar após seu lançamento em dezembro de 2021, Cas A, foi selecionado porque as ondas de choque geradas pela supernova que o criou são algumas das mais rápidas da Via Láctea.
As ondas de choque foram criadas quando uma estrela massiva ficou sem combustível para a fusão nuclear e não conseguiu mais se sustentar contra o colapso gravitacional. À medida que o núcleo da estrela entrou em colapso, desencadeou uma supernova massiva e enviou essas ondas de choque através do que antes eram as camadas externas da estrela.
A luz da destruição desta estrela massiva e a criação dos destroços estelares Cas A – que tem cerca de 29 anos-luz de largura – varreu a Terra há mais de 300 anos.
Nas condições extremas encontradas em torno de remanescentes de supernovas como Cas A, campos magnéticos pegam partículas carregadas como elétrons e prótons e as aceleram a velocidades próximas à da luz. Essas partículas estão, apesar de sua supervelocidade, presas em torno de remanescentes de supernovas viajando em caminhos curvos.
Quando partículas carregadas viajam ao longo de caminhos curvos a velocidades próximas à da luz – ou velocidades relativísticas – elas geram uma forma intensa de luz chamada radiação síncrotron. Essa radiação escapa do remanescente da supernova em uma variedade de comprimentos de onda de luz, incluindo ondas de rádio de baixa energia e raios-X de alta energia.
Esta radiação é polarizada por campos magnéticos independentemente do seu comprimento de onda, o que significa que codificada dentro dela está a informação sobre o campo magnético da supernova de onde se origina.
Agora, graças aos dados do IXPE, os astrônomos podem medir essa polarização para a luz de raios-X e, assim, desvendar os segredos dos campos magnéticos ao redor de Cas A.
“Sem o IXPE, estamos perdendo informações cruciais sobre objetos como Cas A”, disse em um comunicado Pat Slane, do Centro de Astrofísica de Harvard & Smithsonian, que lidera as investigações do IXPE sobre remanescentes de supernovas. “Este resultado está nos ensinando sobre um aspecto fundamental dos detritos desta estrela explodida – o comportamento de seus campos magnéticos.”
Estudar a polarização da luz da Cas A permitiu que os astrônomos fizessem engenharia reversa dos processos que estão ocorrendo dentro do remanescente de supernova em pequenas escalas. Isso permitiu que eles reunissem detalhes sobre Cas A e seu campo magnético que não podem ser obtidos de nenhuma outra maneira.
Reconstruindo a cena explosiva da morte de uma estrela
O ângulo de polarização da luz de um remanescente de supernova revela a direção de seu campo magnético. Pequenas quantidades de polarização indicam que os campos magnéticos estão próximos das ondas de choque principais, ou frente de choque. Isso ocorre porque os campos magnéticos próximos a uma frente de choque são emaranhados e caóticos, orientados em diferentes direções, resultando em menos polarização.
“Esses resultados do IXPE não foram o que esperávamos, mas, como cientistas, adoramos ser surpreendidos”, disse o astrofísico e principal autor da Universidade de Amsterdã, Jacco Vink, no comunicado . “O fato de que uma porcentagem menor da luz de raios-X é polarizada é uma propriedade muito interessante – e anteriormente não detectada – da Cas A.”
Essa baixa polarização implica que os raios X do Cas A são gerados em regiões turbulentas com uma mistura de muitas direções de campo magnético diferentes.
“Este estudo consagra todas as novidades que o IXPE traz para a astrofísica”, disse Riccardo Ferrazzoli, coautor do estudo e pesquisador do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica e Instituto de Astrofísica Espacial e Planetologia em Roma. “Não apenas obtivemos informações sobre as propriedades de polarização de raios-X pela primeira vez para essas fontes, mas também sabemos como elas mudam em diferentes regiões da supernova.
“Como primeiro alvo da campanha de observação do IXPE, a Cas A forneceu um “laboratório” astrofísico para testar todas as técnicas e ferramentas de análise que a equipe desenvolveu nos últimos anos.”
Observações da radiação síncrotron de ondas de rádio da Cas A com radiotelescópios mostraram anteriormente que é produzida em regiões em quase todo o remanescente de supernova. Apenas uma pequena quantidade dessas ondas de rádio – cerca de 5% – são polarizadas. Esses dados de ondas de rádio parecem indicar que o campo magnético de Cas A é orientado radialmente como os raios de uma roda de bicicleta irradiando do centro para a borda externa.
Observações para radiação síncrotron de raios-X de alta energia obtidas pelo Observatório de Raios-X Chandra da NASA contam uma história diferente, no entanto. Essas emissões de energia mais altas pareciam vir de regiões finas ao longo das ondas de choque, perto da borda circular externa de Cas A, uma área onde se prevê que os campos magnéticos se alinhem com os choques.
Antes do IXPE, os cientistas previam que a polarização de raios-X seria produzida por campos magnéticos alinhados a 90 graus (perpendicular?) aos campos magnéticos que polarizam a radiação das ondas de rádio.
Os dados de raios-X do IXPE sugerem que os campos magnéticos que polarizam essa luz de alta energia estão alinhados radialmente e estão localizados perto da frente de choque. Os raios X do Cas A também parecem possuir uma quantidade menor de polarização do que até mesmo as ondas de rádio.
O IXPE agora será usado para estudar outros remanescentes de supernovas. Os astrônomos esperam que cada observação revele novas informações sobre essas violentas explosões cósmicas e os ambientes que elas criam.
“Esses resultados fornecem uma visão única do ambiente necessário para acelerar os elétrons a energias incrivelmente altas”, disse o coautor da pesquisa e pesquisador da Universidade de Amsterdã, Dmitry Prokhorov. “Estamos apenas no início desta história de detetive, mas até agora os dados do IXPE estão fornecendo novas pistas para rastrearmos.”
Publicado em 23/10/2022 16h41
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