Os telescópios de raios X da NASA revelam os “ossos” de uma mão cósmica fantasmagórica

Em 1895, Wilhelm Röntgen descobriu os raios X e usou-os para obter imagens dos ossos da mão de sua esposa, lançando uma ferramenta revolucionária de diagnóstico na medicina. Agora, dois dos telescópios espaciais de raios X da NASA combinaram as suas capacidades de imagem para revelar os “ossos” do campo magnético de uma notável estrutura em forma de mão no espaço. Juntos, estes telescópios revelam o comportamento de uma estrela morta e em colapso, vivendo através de plumas de matéria energética e partículas de antimatéria.

Há cerca de 1.500 anos, uma estrela gigante na nossa galáxia ficou sem combustível nuclear para queimar. Quando isso aconteceu, a estrela entrou em colapso e formou um objeto extremamente denso chamado estrela de nêutrons.

Estrelas de nêutrons em rotação com fortes campos magnéticos, ou pulsares, fornecem laboratórios para física extrema, com condições que não podem ser reproduzidas na Terra. Pulsares jovens podem criar jatos de matéria e antimatéria que se afastam dos pólos do pulsar, juntamente com ventos intensos, formando uma “nebulosa de vento pulsar”.

Em 2001, o Observatório de Raios-X Chandra da NASA observou pela primeira vez o pulsar PSR B1509-58 e revelou que a nebulosa de vento do pulsar (referida como MSH 15-52) se assemelhava a uma mão humana. O pulsar está localizado na base da “palma” da nebulosa. MSH 15-52 está localizado a 16.000 anos-luz da Terra.

Agora, o mais novo telescópio de raios X da NASA, o X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), observou MSH 15-52 durante cerca de 17 dias, o período mais longo que já observou qualquer objeto desde o seu lançamento em dezembro de 2021.

“Os dados do IXPE dão-nos 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 através do campo magnético, determinando a forma básica da nebulosa, tal como os ossos da mão de uma pessoa.”

O IXPE fornece informações sobre a direção do campo elétrico dos raios X, que é determinada pelo campo magnético da fonte de raios X. Isso é chamado de polarização de raios X. Nas grandes regiões do MSH 15-52, a quantidade de polarização é notavelmente alta, atingindo o nível máximo esperado do trabalho teórico. Para atingir esta força, o campo magnético deve ser muito retilíneo e uniforme, o que significa que há pouca turbulência nessas regiões da nebulosa do vento pulsar.

“Todos estamos familiarizados com os raios X como ferramenta de diagnóstico médico para humanos”, disse a coautora Josephine Wong, também da Universidade de Stanford. “Aqui usamos os raios X de uma maneira diferente, mas eles revelam novamente informações que estavam escondidas de nós.”

Uma característica particularmente interessante da MSH 15-52 é o brilhante jato de raios X direcionado do pulsar para o “pulso” na parte inferior da imagem. Os novos dados do IXPE revelam que a polarização no início do fluxo é baixa, provavelmente porque esta é uma região turbulenta com campos magnéticos complexos e emaranhados associados à geração de partículas de alta energia. No final do jato, as linhas do campo magnético parecem endireitar-se e tornar-se mais regulares, fazendo com que a polarização se torne muito maior.

Estes resultados sugerem que as partículas recebem uma explosão de energia em regiões turbulentas complexas perto do pulsar na base da palma da mão e fluem para regiões onde o campo magnético é uniforme ao longo do pulso, dedos e polegar.

“Descobrimos a história de vida da matéria ultraenergética e das partículas de antimatéria em torno do pulsar”, disse o coautor Nicolo Di Lalla, também da Universidade de Stanford. “Isso nos ensina como os pulsares podem atuar como aceleradores de partículas.”

O IXPE também detectou campos magnéticos semelhantes nas nebulosas de vento dos pulsares Vela e Caranguejo, o que significa que podem ser surpreendentemente comuns nestes objetos.

Esses resultados são publicados em A Novo papel em Jornal Astrofísico.