Astrónomos avistam atividade bizarra, nunca antes vista de um dos ímanes mais fortes do Universo

Astrónomos do OzGrav (Centro ARC de Excelência para Descoberta de Ondas Gravitacionais) e da CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) observaram um comportamento bizarro e nunca antes visto de um magnetar “barulhento no rádio” – um tipo raro de estrela de neutrões e um dos ímanes mais fortes do Universo.

As suas novas descobertas, publicadas na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sugerem que os magnetares têm campos magnéticos mais complexos do que se pensava – o que pode desafiar as teorias de como nascem e evoluem ao longo do tempo.

Os magnetares são um tipo raro de estrelas de neutrões giratória com alguns dos campos magnéticos mais poderosos do Universo. Os astrónomos só detetaram trinta destes objetos dentro e ao redor da Via Láctea – a maioria deles descobertos por telescópios de raios-X após uma explosão altamente energética.

No entanto, um punhado destes magnetares também emitiu pulsos de rádio semelhantes aos pulsares – os primos menos magnéticos dos magnetares que produzem feixes de ondas de rádio a partir dos seus polos magnéticos. Rastrear como os pulsos destes magnetares “barulhentos no rádio” mudam ao longo do tempo fornece uma janela única para a sua evolução e geometria.

Em março de 2020, um novo magnetar chamado Swift J1818.0-1607 (J1818 para abreviar) foi descoberto depois de ter emitido uma brilhante explosão de raios-X. Observações rápidas de acompanhamento detetaram pulsos de rádio originários do magnetar. Curiosamente, a aparência dos pulsos de rádio de J1818 era bem diferente daqueles vistos noutros magnetares “barulhentos no rádio”.

A maioria dos pulsos de rádio dos magnetares mantém um brilho consistente numa ampla faixa de frequências de observação. No entanto, os pulsos de J1818 eram muito mais brilhantes em frequências baixas do que em frequências altas – semelhante ao que é visto nos pulsares, outro tipo comum de estrela de neutrões emissora de rádio.

A fim de entender melhor como J1818 iria evoluir ao longo do tempo, uma equipa liderada por cientistas do OzGrav (Centro ARC de Excelência para Descoberta de Ondas Gravitacionais) observou-o oito vezes com o radiotelescópio Parkes da CSIRO (também conhecido como Murriyang) entre maio e outubro de 2020.

Durante este tempo, descobriram que o magnetar passou por uma breve crise de identidade: em maio, ainda estava a emitir os pulsos invulgares de pulsar que haviam sido detetados anteriormente; no entanto, em junho começou a piscar entre um estado brilhante e um estado fraco. Este comportamento oscilante atingiu um pico em julho, quando o viram a alternar entre pulsos de rádio semelhantes aos dos pulsares e pulsos de rádio semelhantes aos dos magnetares.

“Este comportamento bizarro nunca tinha sido visto antes em qualquer outro magnetar ‘barulhento no rádio’,” explica Marcus Lower, autor principal do artigo científico e estudante de doutoramento da Universidade Swinburne/CSIRO. “Parece ter sido um fenómeno de curta duração já que, na nossa observação seguinte, estabeleceu-se permanentemente neste novo estado semelhante a um magnetar.”

Os cientistas também procuraram alterações na forma do pulso e no brilho em diferentes frequências de rádio e compararam as suas observações com um modelo teórico com 50 anos. Este modelo prevê a geometria esperada de um pulsar, com base na direção de torção da sua luz polarizada. “A partir das nossas observações, descobrimos que o eixo magnético de J1818 não está alinhado com o seu eixo de rotação,” diz Lower.

“Em vez disso, o polo magnético emissor de rádio parece estar no seu hemisfério sul, localizado logo abaixo do equador. A maioria dos outros magnetares têm campos magnéticos que estão alinhados com os seus eixos de rotação ou são um pouco ambíguos.”

“Esta é a primeira vez que vimos definitivamente um magnetar com um polo magnético desalinhado.” Notavelmente, esta geometria magnética parece ser estável na maioria das observações. Isto sugere que quaisquer mudanças no perfil do pulso são simplesmente devido às variações na altura a que os pulsos de rádio são emitidos acima da superfície da estrela de neutrões. No entanto, a observação de 1 de agosto de 2020 destaca-se como uma curiosa exceção.

“O nosso melhor modelo geométrico para esta data sugere que o feixe de rádio mudou brevemente para um polo magnético completamente diferente localizado no hemisfério norte do magnetar,” explica Lower. Uma falta distinta de quaisquer mudanças na forma do perfil de pulso do magnetar indica que as mesmas linhas de capo magnético que acionam os pulsos de rádio “normais” também devem ser responsáveis pelos pulsos vistos do outro polo magnético.

O estudo sugere que isto são evidências de que os pulsos de rádio de J1818 têm origem em “loops” de linhas de campo magnético que ligam dois polos próximos, como aqueles vistos a ligarem os dois polos de um ímane em “ferradura” ou em manchas solares no Sol. Isto é diferente da maioria das estrelas de neutrões comuns, que devem ter polos norte e sul em lados opostos da estrela, que são ligados por um campo magnético em forma de donut.

Esta configuração peculiar do campo magnético também é apoiada por um estudo independente dos pulsos de raios-X de J1818 que foram detetados 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 do magnetar ou de duas regiões mais pequenas, mas bem espaçadas.

Estas descobertas têm implicações potenciais para as simulações de computador de como os magnetares nascem e evoluem durante longos períodos de tempo, já que as geometrias de campo magnético mais complexas mudarão a rapidez com que os seus campos magnéticos se devem deteriorar com o tempo. Além disso, as teorias que sugerem que as FRBs (Fast Radio Bursts) podem ter origem nos magnetares terão que levar em conta os pulsos de rádio potencialmente originários de vários locais ativos dentro dos seus campos magnéticos.

Captar uma inversão dos polos magnéticos em ação também pode proporcionar a primeira oportunidade de mapear o campo magnético de um pulsar.

“O telescópio Parkes vai continuar a observar atentamente o magnetar durante o próximo ano,” diz o cientista e coautor do estudo Simon Johnson, da CSIRO.

// OzGrav (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais:

Magnetar:
Wikipedia
AstronomyOnline.org

Estrelas de neutrões:
Wikipedia
Universidade de Maryland

Pulsares:
Wikipedia
Catálogo ATNF de Pulsares

Radiotelescópio Parkes:
CSIRO
Wikipedia