Quando estrelas massivas atingem o fim de seu ciclo de vida, elas explodem em uma supernova maciça e jogam fora a maior parte de seu material. O que resta é um "pulsar milissegundo", uma estrela de nêutrons superdensa e altamente magnetizada que gira rapidamente e emite feixes de radiação eletromagnética. Eventualmente, essas estrelas perdem sua energia rotacional e começam a desacelerar, mas podem acelerar novamente com a ajuda de um companheiro.
De acordo com um estudo recente, uma equipe internacional de cientistas testemunhou esse evento raro ao observar um pulsar ultra-lento localizado na vizinha Galáxia de Andrômeda (XB091D). Os resultados de seu estudo indicaram que esse pulsar acelerou nos últimos um milhão de anos, o que provavelmente é o resultado de um companheiro capturado que, desde então, restaura sua velocidade de rotação rápida.
Normalmente, quando um pulsar emparelha com uma estrela comum, o resultado é um sistema binário que consiste em um pulsar e uma anã branca. Isso ocorre depois que o pulsar retira as camadas externas de uma estrela, transformando-a em uma anã branca. O material dessa camada externa forma um disco de acreção ao redor do pulsar, que cria um "ponto quente" que irradia intensamente no espectro de raios-X e onde as temperaturas podem chegar a milhões de graus.
A equipe foi liderada por Ivan Zolotukhin, do Instituto Astronômico de Sternberg, na Universidade Estadual de Lomonosov Moscou (MSU), e incluiu astrônomos da Universidade de Toulouse, do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) e do Observatório Astrofísico Smithsonian. Os resultados do estudo foram publicados em The Astrophysical Journal sob o título "O pulsar de raios X de rotação mais lenta em um aglomerado globular extragalático".
Como afirmam em seu trabalho, a detecção desse pulsar foi possível graças aos dados coletados pelo observatório espacial XMM-Newton de 2000 a 2013. Nesse período, o XMM-Newton reuniu informações sobre aproximadamente 50 bilhões de fótons de raios-X, que foram combinados por astrônomos no Lomosov MSU em um banco de dados online aberto.
Esse banco de dados permitiu que os astrônomos examinassem mais de perto muitos objetos descobertos anteriormente. Isso inclui o XB091D, um pulsar com um período de segundos (também conhecido como "segundo pulsar") localizado em um dos mais antigos aglomerados de estrelas globulares da galáxia de Andrômeda. No entanto, encontrar as fotos de raios-X que lhes permitissem caracterizar o XB091D não foi tarefa fácil. Como Ivan Zolotukhin explicou em um comunicado de imprensa da MSU:
“Os detectores no XMM-Newton detectam apenas um fóton desse pulsar a cada cinco segundos. Portanto, a busca de pulsares entre os extensos dados de XMM-Newton pode ser comparada à busca de uma agulha em um palheiro. De fato, para essa descoberta, tivemos que criar ferramentas matemáticas completamente novas que nos permitiram pesquisar e extrair o sinal periódico. Teoricamente, existem muitas aplicações para esse método, incluindo aquelas fora da astronomia. ”
Com base em um total de 38 observações XMM-Newton, a equipe concluiu que esse pulsar (que era o único pulsar conhecido desse tipo além da nossa galáxia na época), está nos estágios iniciais do "rejuvenescimento". Em resumo, suas observações indicaram que o pulsar começou a acelerar há menos de 1 milhão de anos atrás. Essa conclusão foi baseada no fato de que o XB091D é o pulsar de aglomerado globular rotativo mais lento descoberto até o momento.
A estrela de nêutrons completa uma revolução em 1,2 segundos, que é mais de 10 vezes mais lenta que o recordista anterior. A partir dos dados observados, eles também foram capazes de caracterizar o ambiente em torno do XB091D. Por exemplo, eles descobriram que o pulsar e seu par binário estão localizados em um aglomerado globular extremamente denso (B091D) na galáxia de Andrômeda - a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de distância.
Estima-se que esse aglomerado tenha 12 bilhões de anos e contenha milhões de estrelas antigas e fracas. Seu companheiro, enquanto isso, é uma estrela de massa solar de 0,8 e o próprio sistema binário tem um período de rotação de 30,5 horas. E em cerca de 50.000 anos, eles estimam, o pulsar acelerará o suficiente para ter novamente um período de rotação medido em milissegundos - ou seja, um pulsar de milissegundo.
Curiosamente, a localização do XB910D nessa vasta região de estrelas de densidade super alta é o que lhe permitiu capturar um companheiro cerca de um milhão de anos atrás e iniciar o processo de "rejuvenescimento" em primeiro lugar. Como Zolotukhin explicou:
“Em nossa galáxia, esses pulsares de raios X lentos não são observados em 150 aglomerados globulares conhecidos, porque seus núcleos não são grandes e densos o suficiente para formar estrelas binárias próximas a uma taxa suficientemente alta. Isso indica que o núcleo do cluster B091D, com uma composição extremamente densa de estrelas no XB091D, é muito maior que o do cluster usual. Portanto, estamos lidando com um objeto grande e bastante raro - com um denso remanescente de uma pequena galáxia que a galáxia de Andrômeda já devorou. A densidade das estrelas aqui, em uma região com cerca de 2,5 anos-luz de diâmetro, é cerca de 10 milhões de vezes maior que a vizinhança do Sol. ”
Graças a este estudo e às ferramentas matemáticas que a equipe desenvolveu para encontrá-lo, os astrônomos provavelmente poderão revisitar muitos objetos descobertos anteriormente nos próximos anos. Dentro desses conjuntos de dados massivos, pode haver muitos exemplos de eventos astronômicos raros, apenas esperando para serem testemunhados e caracterizados adequadamente.
Leitura adicional: The Astrophysical Journal, Universidade Estadual de Lomonosov Moscou
