Em 1895, Wilhelm Röntgen descobriu os raios-X e os utilizou para gerar uma imagem dos ossos da mão de sua esposa, inaugurando uma ferramenta diagnóstica revolucionária para a medicina. Agora, dois telescópios espaciais de raios-X da NASA uniram suas capacidades de imagem para desvendar os “ossos” do campo magnético de uma notável estrutura espacial em forma de mão. Juntos, esses telescópios revelam o comportamento de uma estrela morta e colapsada que continua a existir por meio de plumas de partículas de matéria e antimatéria energizadas.
Cerca de 1.500 anos atrás, uma estrela gigante em nossa galáxia esgotou seu combustível nuclear. Quando isso ocorreu, a estrela colapsou sobre si mesma e formou um objeto extremamente denso chamado estrela de nêutrons. Estrelas de nêutrons giratórias com campos magnéticos fortes, ou pulsares, proporcionam laboratórios para física extrema, com condições que não podem ser replicadas na Terra. Pulsares jovens podem criar jatos de matéria e antimatéria que se movem para longe dos polos do pulsar, juntamente com um vento intenso, formando uma “nebulosa de vento de pulsar”.
Em 2001, o Observatório de Raios-X Chandra da NASA observou pela primeira vez o pulsar PSR B1509-58 e revelou que sua nebulosa de vento de pulsar (referida como MSH 15-52) se assemelha a uma mão humana. O pulsar está localizado na base da “palma” da nebulosa. MSH 15-52 está localizada a 16.000 anos-luz da Terra.
Agora, o mais novo telescópio de raios-X da NASA, o Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), observou MSH 15-52 por cerca de 17 dias, o maior tempo que observou qualquer objeto único desde seu lançamento em dezembro de 2021.
“Os dados do IXPE nos fornecem o primeiro mapa do campo magnético na ‘mão'”, disse Roger Romani da Universidade de Stanford, na Califórnia, que liderou o estudo. “As partículas carregadas que produzem os raios-X viajam ao longo do campo magnético, determinando a forma básica da nebulosa, assim como os ossos fazem na mão de uma pessoa”.
O IXPE fornece informações sobre a orientação do campo elétrico dos raios-X, determinada pelo campo magnético da fonte de raios-X. Isso é chamado de polarização de raios-X. Em grandes regiões do MSH 15-52, a quantidade de polarização é notavelmente alta, atingindo o nível máximo esperado a partir de trabalhos teóricos. Para alcançar essa força, o campo magnético deve ser muito reto e uniforme, o que significa que há pouca turbulência nessas regiões da nebulosa de vento de pulsar. “Todos nós conhecemos os raios-X como uma ferramenta de diagnóstico médico para humanos”, disse a co-autora Josephine Wong, também de Stanford. “Aqui estamos usando raios-X de uma maneira diferente, mas eles novamente estão revelando informações que de outra forma estariam ocultas para nós.”
Um aspecto particularmente interessante do MSH 15-52 é um jato brilhante de raios-X direcionado do pulsar até o “pulso” na parte inferior da imagem. Os novos dados do IXPE revelam que a polarização no início do jato é baixa, provavelmente porque esta é uma região turbulenta com campos magnéticos complexos e emaranhados associados à geração de partículas de alta energia. Ao final do jato, as linhas do campo magnético parecem se alinhar e se tornar muito mais uniformes, fazendo com que a polarização se torne muito maior.
Esses resultados implicam que as partículas recebem um impulso de energia em regiões turbulentas complexas perto do pulsar na base da palma, e fluem para áreas onde o campo magnético é uniforme ao longo do pulso, dedos e polegar.
“Descobrimos a história de vida de partículas de matéria e antimatéria superenergéticas ao redor do pulsar”, disse o co-autor Niccolò Di Lalla, também de Stanford. “Isso nos ensina sobre como os pulsares podem atuar como aceleradores de partículas.”
O IXPE também detectou campos magnéticos semelhantes para as nebulosas de vento de pulsar Vela e Crab, o que implica que eles podem ser surpreendentemente comuns nesses objetos.
Estes resultados são publicados em um novo artigo no The Astrophysical Journal.
O IXPE é uma colaboração entre a NASA e a Agência Espacial Italiana, com parceiros e colaboradores científicos em 12 países. O IXPE é liderado pela Marshall. A Ball Aerospace, com sede em Broomfield, Colorado, gerencia as operações da espaçonave juntamente com o Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado em Boulder.
O Centro de Voo Espacial Marshall da NASA gerencia o programa Chandra. O Observatório de Raios-X Chandra do Observatório Astrofísico Smithsonian controla as operações científicas de Cambridge, Massachusetts, e as operações de voo de Burlington, Massachusetts.
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