No final de Junho de 2013, um sistema binário singular contendo uma estrela de neutrões a girar rapidamente sofreu uma mudança dramática e nunca antes observada no comportamento. O sinal de rádio do pulsar desapareceu e ao mesmo tempo o sistema tornou-se cinco vezes mais brilhante em raios gama, de acordo com as medições feitas pelo telescópio espacial Fermi de raios gama.

"É quase como se alguém tivesse carregado num interruptor, mudando o sistema de um estado de menor energia para um de maior energia", disse Benjamin Stappers, um astrofísico da Universidade de Manchester, Inglaterra, que liderou um trabalho internacional com o objectivo de entender esta impressionante transformação. "A mudança parece reflectir uma interacção errática entre o pulsar e o seu companheiro, e dá-nos uma oportunidade de explorarmos uma rara fase de transição na vida deste binário."

Um binário consiste em duas estrelas que orbitam em torno do seu centro de massa comum. Este sistema, em particular, é conhecido como AY Sextantis e está localizado a cerca de 4400 anos-luz, na constelação de Sextante. É composto por um pulsar de 1,7 milissegundos, PSR J1023+0038 (ou, abreviadamente, J1023) e por uma estrela com cerca de um quinto da massa do Sol. As estrelas completam uma órbita em apenas 4,8 horas, o que as coloca tão próximas que o pulsar irá evaporar gradualmente a sua companheira.

Quando uma estrela de grande massa entra em colapso e explode como uma supernova, o seu núcleo pode sobreviver como um remanescente compacto, uma estrela de neutrões ou um pulsar. As jovens estrelas de neutrões isoladas giram dezenas de vezes por segundo e geram feixes de rádio, luz visível, raios-X e raios gama, que os astrónomos na Terra observam como impulsos repetidos. Os pulsares também geram jactos poderosos, ou "ventos", de partículas de alta energia movendo-se perto da velocidade da luz. Isto deve-se ao campo magnético do pulsar que gira rapidamente e, ao longo do tempo, à medida que o pulsar abranda, estas emissões vão desaparecendo.

Há mais de 30 anos, os astrónomos descobriram outro tipo de pulsares, com rotações de 10 milissegundos ou menos, atingindo velocidades até 43000 rotações por minuto. Enquanto os jovens pulsares costumam surgir isoladamente, mais da metade dos pulsares de milissegundo ocorrem em sistemas binários, o que veio sugerir uma explicação para sua rotação rápida.

"Os astrónomos já suspeitavam que os pulsares de milissegundo fossem acelerados através de transferência e acumulação de matéria das suas estrelas companheiras, por isso, muitas vezes se referem a eles como pulsares reciclados", explicou Anne Archibald, investigadora no Instituto Holandês de Radioastronomia (ASTRON), em Dwingeloo, que, em 2007, descobriu J1023.

Durante a fase inicial de transferência de massa, o sistema pode ser considerado um binário de raios-X de baixa massa, com uma estrela de neutrões a girar mais lentamente, emitindo impulsos de raios-X à medida que o gás quente corre para a sua superfície. Mil milhões de anos mais tarde, quando o fluxo de matéria chega ao fim, o sistema pode ser classificado como um pulsar de milissegundo acelerado, com as emissões de rádio alimentadas por um campo magnético em rápida rotação.

Para se entender melhor a rotação e evolução orbital de J1023, o sistema foi monitorizado regularmente em rádio, com a ajuda do telescópio Lovell, no Reino Unido, e do radiotelescópio Westerbork Synthesis, na Holanda. Estas observações revelaram que o sinal de rádio do pulsar tinha sido interrompido e levaram à busca de uma alteração associada às suas propriedades de raios gama.

Poucos meses antes, os astrónomos descobriram um sistema muito mais distante que alternou entre os estados de rádio e raios-X numa questão de semanas. Um pulsar conhecido como PSR J1824-2452I, localizado em M28, um aglomerado globular a cerca de 19 mil anos-luz de distância, sofreu uma explosão de raios-X em Março e Abril de 2013. Quando as emissões de raios-X enfraqueceram, no início de Maio, o feixe de rádio do pulsar emergiu.

J1023 atingiu energias muito mais altas e está consideravelmente mais próximo, mas os dois binários são muito similares. Segundo os astrónomos, o que está a acontecer são os últimos suspiros do processo de aceleração destes pulsares.

Em J1023, as estrelas estão suficientemente próximas para que uma corrente de gás flua da estrela parecida com o Sol para o pulsar. A rápida rotação do pulsar e o intenso campo magnético são responsáveis tanto pelo o feixe de rádio como pelo poderoso vento do pulsar. Quando o feixe de rádio é detectável, o vento do pulsar retém o fluxo de gás do companheiro, impedindo-o de se aproximar demasiado. Mas, de vez em quando, a corrente aflui, abrindo caminho até mais perto do pulsar e estabelecendo um disco de acreção.

O gás no disco é comprimido e aquecido, atingindo temperaturas suficientemente elevadas para emitir raios-X. Em seguida, o material ao longo da borda interna do disco perde rapidamente energia orbital e cai em direcção ao pulsar. Na queda, a uma altitude de cerca de 80 km, os processos envolvidos na criação do feixe de rádio ou são interrompidos ou, mais provavelmente, obscurecidos.

É possível que a borda interna do disco varie consideravelmente a esta altitude. Uma parte dela pode ser expelida a velocidades próximas à da luz, formando jactos de partículas disparando em direcções opostas - um fenómeno que é mais associado com a acreção em buracos negros. As ondas de choque dentro e ao longo da periferia destes jactos são uma fonte provável da emissão brilhante de raios gama detectada pelo Fermi.

Os resultados foram publicados na edição de 20 de Julho do The Astrophysical Journal. A equipa relata que J1023 é o primeiro exemplo observado de um binário transitório de raios gama, compacto e de baixa massa. Os investigadores antecipam que o sistema irá servir como um laboratório único para compreender como se formam os pulsares de milissegundo e para estudar os pormenores de como ocorre a acreção em estrelas de neutrões.

"Até agora, o Fermi aumentou o número de pulsares de raios gama conhecidos em cerca de 20 vezes e dobrou o número de pulsares de milissegundo dentro de nossa galáxia", disse Julie McEnery, cientista da missão no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "O Fermi continua a ser um instrumento incrível para a descoberta de pulsares".

O vídeo relativo a esta notícia pode ser visto em: https://www.youtube.com/watch?v=Hn5RJ2PN718

Fonte da notícia: http://www.nasa.gov/content/goddard/nasas-fermi-finds-a-transformer-pulsar/