Fermi Descobre o Pulsar de Raios Gama mais Luminoso Conhecido

Uma equipa de cientistas utilizou dados obtidos com o telescópio espacial de raios gama da NASA, o Fermi, para descobrir o primeiro pulsar de raios gama fora da nossa galáxia. Trata-se mesmo do pulsar mais luminoso conhecido nesta região do espectro electromagnético.

O pulsar agora descoberto faz parte da Grande Nuvem de Magalhães (GNM), a maior galáxia satélite da Via Láctea, a uma distância de 163 mil anos-luz. Mais especificamente, na GNM, os pulsares situam-se na periferia de uma gigantesca maternidade de estrelas — com mais de mil anos-luz de extensão — denominada de Nebulosa da Tarantula. Sabia-se que a nebulosa era uma fonte intensa de raios gama, que os astrónomos atribuíam à existência de inúmeros remanescentes de supernovas na região. O novo estudo explica com mais detalhe a proveniência dessa radiação gama e de forma absolutamente surpreendente:

É agora evidente que um único pulsar, o PSR J0540–6919, é responsável por aproximadamente metade da radiação gama que originalmente pensávamos ser proveniente da nebulosa. Foi uma surpresa total.

diz-nos Pierrick Martin, um dos cientistas da equipa.

A posição dos pulsares PSR J0540–6919 e PSR J0537−6910, na periferia da Nebulosa da Tarantula. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center, ESO/R. Fosbury (ST-ECF).

As estrelas muito maciças e luminosas, muito comuns na região da Nebulosa da Tarantula, terminam a sua vida com uma explosão titânica — uma supernova. Por vezes, nestas explosões, o núcleo da estrela sobrevive sob a forma de uma estrela de neutrões. Como o próprio nome indica, estes objectos exóticos são constituídos principalmente por neutrões, mas junto à superfície existem também partículas carregadas electricamente como protões, electrões e iões atómicos. Um exemplar típico tem 1.4 massas solares, compactadas numa esfera de 20 km de diâmetro, resultando numa densidade enorme — 1 centímetro cúbico de material pesa tanto como toda a humanidade! Quando se formam, a sua velocidade de rotação é enorme, na ordem das 300 rotações por segundo, gerando um campo magnético 1 bilião (1 seguido de 12 zeros) de vezes mais intenso do que o da Terra.

As estrelas de neutrões têm regiões na sua vizinhança ou mesmo na superfície, provavelmente junto aos pólos magnéticos, que são focos intensos de radiação emitida em vários comprimentos de onda do espectro electromagnético — incluindo raios gama. Em algumas delas, durante a rotação, esta região emissora fica ocasionalmente alinhada com a nossa linha de visão, dando origem a pulsos periódicos de radiação. Por essa razão, estas estrelas de neutrões são designadas mais especificamente por pulsares. A periodicidade destes pulsos é incrivelmente precisa, rivalizando mesmo com os melhores relógios atómicos.

Esta imagem mostra a mesma região observada em raios gama pelo telescópio LAT do observatório Fermi. A intensidade varia do amarelo (elevada) para o preto (baixa). Os dois pulsares, PSR J0540−6919 (esquerda) e PSR J0537−6910 (direita) são claramente visíveis nesta imagem, mas os autores só conseguiram detectar pulsos para o PSR J0540−6919. Crédito: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration.

Sabia-se também da existência de 2 pulsares na Nebulosa da Tarantula, designados por PSR J0540–6919 (J0540) e PSR J0537−6910 (J0537); foram descobertos pelos observatórios Einstein e Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE), durante as décadas de 80 e 90. O J0540 roda com uma frequência ligeiramente inferior a 20 vezes por segundo; o J0537 roda cerca de 62 vezes por segundo, o período de rotação mais curto conhecido para um pulsar jovem.

Apesar de o Fermi conseguir detectar ambos, os astrónomos não tinham ainda detectado os pulsos do J0540 e do J0537 em raios gama. Martin e os colegas conseguiram fazê-lo, finalmente, para o J0540, combinando mais de 6 anos de observações realizadas com o Large Area Telescope (LAT) do Fermi, com dados obtidos com o RTXE até 2011. Os pulsos do J0537 não foram ainda detectados mas o estudo permite deduzir limites superiores para a sua intensidade. Lucas Guillemot, um dos co-autores de Martin, descreve assim o caracter extraordinário da emissão em raios gama do pulsar J0540:

Os pulsos em raios gama do J0540 têm 20 vezes a intensidade do anterior recordista, o pulsar no centro da famosa Nebulosa do Caranguejo, apesar de [os dois pulsares] terem emissões semelhantes no rádio, visível e nos raios X.

Pulsares como o J0540, com uma idade estimada de 1700 anos, quase o dobro da idade do pulsar da Nebulosa do Caranguejo, são raros; a maioria dos 2500 pulsares conhecidos tem idades entre 10 mil e vários milhões de anos. O J0537 é ainda mais jovem. De facto, o seu período é tão curto que torna a detecção dos pulsos de raios gama, se existirem, muito complicada. Tal como o pulsar da Nebulosa do Caranguejo, o J0537, apesar de mais jovem tem uma luminosidade em raios gama inferior à do J0540. Os astrónomos ainda não sabem explicar a anormal luminosidade do J0540.

O telescópio Fermi tem vindo a revolucionar o nosso conhecimento dos fenómenos mais energéticos do Universo. Só para o leitor ter uma ideia, e relativamente apenas aos pulsares de raios gama, antes do seu lançamento, em 2008, conheciam-se apenas 7 destes pulsares; hoje conhecem-se mais de 160!

O artigo descrevendo esta descoberta foi publicado no número de 13 de Novembro da revista Science.

(Fonte: NASA)