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jul 13

FERMI revela os segredos dos pulsares silenciosos que só irradiam na faixa de raios-gama

Este mapa de todo o céu mostra as posições e nomes dos 16 novos pulsares detectados pelo FERMI (em amarelo) e 8 pulsares de milissegundo (magenta) estudados através do LAT. Os famosos pulsares Vela, Crab (caranguejo) e Geminga (à direita) são os mais brilhantes. Os pulsares Taz, Eel, Rabbit (coelho) foram assim chamados em função das nebulosas as quais eles energizam. O pulsar Gamma Cygni reside dentro de uma nebulosa remanescente de supernova de mesmo nome.

Este mapa de todo o céu mostra as posições e nomes dos 16 novos pulsares detectados pelo FERMI (em amarelo) e 8 pulsares de milissegundo (magenta) estudados através do LAT. Os famosos pulsares Vela, Crab (Caranguejo) e Geminga (à direita) são os mais brilhantes. Os pulsares Taz, Eel, Rabbit (Coelho) foram assim chamados em função das nebulosas as quais eles energizam. O pulsar Gamma Cygni reside dentro de uma nebulosa remanescente de supernova de mesmo nome.

Explicação sobre a imagem acima: Criados pelas supernovas, os pulsares são estrelas de nêutrons em rotação, restos de núcleos colapsados de estrelas moribundas, cinzas remanescentes das explosões de estrelas massivas. Tradicionalmente identificados e estudados através das suas emissões regulares de pulsações de rádio, duas dúzias de pulsares já foram detectadas por sua emissão de raios gama de alta energia pelo telescópio espacial FERMI (Fermi Gamma-ray Space Telescope). As descobertas incluem 16 novos pulsares identificados tão somente por sua emissão pulsante de raios gama (são pulsares silenciosos na faixa de rádio). O mapa celeste acima mostra uma visão nas frequências do espectro dos raios gama, alinhado com o plano da nossa galáxia, a Via Láctea, destacando as posições destes 24 pulsares. Os 16 novos pulsares silenciosos foram marcados com círculos amarelos. Neste mapa, os 8 pulsares de milissegundo de rádio já conhecidos estão circulados na cor magenta. Corpos estelares bizarros, os pulsares Vela, Crab (Caranguejo) e Geminga à direita são os mais brilhantes no céu de raios gama, mapeado pelo FERMI. Os pulsares Taz, Eel, e Rabbit (Coelho) ganharam seus nomes por causa das nebulosas as quais pertencem e energizam. Os pulsares Gamma Cygni e CTA 1 à esquerda residem dentro de suas nebulosas remanescentes de supernova em expansão, do mesmo nome.

16 pulsares silenciosos…

Esta nova classe de pulsares obscuros detectada pelo Fermi Gamma-ray Space Telescope da NASA, possivelmente, será capaz de resolver o mistério das fontes de raios-gama e ajudar os cientistas compreender os mecanismos associados aos pulsares. O primeiro objeto desta classe de “pulsares obscuros” foi o pulsar CTA 1 descoberto pelo FERMI em outubro de 2008.

Um novo estudo sobre pulsares elaborado por um time internacional de cientistas será publicado na edição de 02 de Julho da Science Express. O artigo descreve os 16 pulsares descobertos pelo telescópio Fermi com base apenas em suas emissões de raios gama de alta energia. Mas o que torna estes 16 pulsares distintos dos demais? A maioria dos 1.800 pulsares conhecidos foi encontrada através de suas emissões periódicas de ondas de rádio, mas estes 16 pulsares são ‘mudos’ para as ondas de rádio.

“Estes são os primeiros pulsares detectados exclusivamente por raios gama e já foram encontrados 16″, disse Robert Johnson, professor de física na Universidade da Califórnia, Santa Cruz. “A existência de uma grande população de pulsares silenciosos no rádio já  era considerada antes destes, mas até ao Fermi ser lançado, apenas era conhecido um único pulsar silencioso para as emissões de ondas de rádio, que foi detectado por sua emissão de raios-X”.

Johnson e outros físicos da UCSC em Santa Cruz, do Instituto de Física de Partículas (SCIPP), identificaram estes pulsares de raios gama usando técnicas computacionais que desenvolveram para poder investigar processando os dados do Large Area Telescope (LAT) do Fermi. Marcus Ziegler disse que a detecção de pulsações de raios gama de uma fonte típica exige o processamento de semanas ou meses de dados do LAT.

O LAT consegue detectar 2 fótons por dia de um único pulsar!

“Do pulsar mais fraco que estudamos, a LAT vê apenas dois fótons gama por dia”, disse Ziegler, co-autor do artigo.

Dos 16 pulsares de raios gama encontrados usando o Fermi, 13 estão associados a fontes de raios gama não identificadas, detectadas anteriormente pela Egret, um instrumento colocado no Observatório de Raios Gama Compton. O Egret detectou cerca de 300 fontes pontuais de raios gama, mas foi incapaz de detectar as pulsações das fontes, a maioria das fontes permaneceu como ‘não identificada’, disse Pablo SAZ Parkinson, também co-autor do artigo.

“Tem havido uma longa discussão sobre o que tipo de objeto estaria originando essas fontes não identificadas e os novos resultados do Fermi nos dizem que muitas delas são pulsares”, disse SAZ Parkinson. “Estes resultados também dão-nos pistas importantes sobre o mecanismo de emissão dos pulsares”.

Entendendo a geometria dos pulsares…

Um pulsar emite feixes de ondas de rádio estreitas a partir dos pólos magnéticos da estrela de nêutrons que chegam à Terra como a luz de um farol porque os pólos magnéticos não estão alinhados com o eixo de rotação da estrela. Se o feixe de rádio não aponta diretamente para a Terra, o pulsar não pode ser detectado por radiotelescópios. A capacidade do Fermi para detectar tantos pulsares gama, silenciosos para as frequências de rádio, indica que os raios gama são emitidos com uma amplitude de campo mais ampla do que a do feixe de rádio.

“Isso favorece os modelos de pulsar em que os raios gama são emitidos a partir do exterior da magnetosfera pulsar e não da calota polar muito mais próxima da superfície da estrela,” disse SAZ Parkinson.

Os campos elétricos e magnéticos muito intensos de um pulsar aceleram partículas carregadas até quase à velocidade da luz, e, em última instância, essas partículas são responsáveis pela emissão de raios-gama.

Devido à rotação da estrela que alimenta as emissões, os pulsares isolados abrandam à medida que envelhecem e perdem energia. Mas uma estrela companheira binária pode alimentar material para o pulsar e acelerá-lo até uma taxa de rotação de 100 a 1.000 rotações por segundo. Estes são denominados pulsares de milissegundo. Os cientistas do Fermi detectaram pulsações de raios gama provenientes de oito pulsares de milissegundo que anteriormente tinham sido descobertos nos comprimentos de onda do rádio. Estes resultados serão descritos em outro trabalho a ser publicado também na edição de 02 de Julho da Science Express.

“O telescópio Fermi tem realmente uma capacidade sem precedentes para a descoberta e análise de pulsares de raios-gama,” disse Paul Ray do Naval Research Laboratory, em Washington. “Desde o lançamento do Observatório Compton há quase uma década, que os cientistas se questionam sobre a natureza das fontes de raios gama não identificadas que têm sido detectadas na nossa galáxia. Estes estudos a partir do Fermi levantam o véu sobre muitas delas.”

Fontes e referências:

Universe Today: By Gamma-Rays Alone: Fermi Raises the Curtain on 16 New Pulsars por Anne Minard

USCS: NASA’s Fermi Telescope reveals a population of radio-quiet gamma-ray pulsars por Tim Stephens

APOD: Fermi’s Gamma-ray Pulsars – Crédito: NASA, DOE, Fermi LAT Collaboration

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2 menções

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