Título: Discovery of an Extremely Intermittent Periodic Radio Source
Autores: M. P. Surnis, K. M. Rajwade, B. W. Stappers, G.Younes, M. C. Bezuidenhout, M. Caleb, L. N. Driessen, F. Jankowski, M. Malenta, V. Morello, S. Sanidas, E. Barr, M. Kramer, R. Fender, P. Woudt
Instituição do primeiro autor: Indian Institute of Science Education and Research, India
Status: aceito para publicação no MNRAS Letters [acesso aberto no arXiv]
Como podemos estudar um objeto se ele nos iluminar por apenas um breve momento? O estudo de transientes em astronomia lida exatamente com isso: análise de objetos astronômicos que parecem aparecer e desaparecer em escalas de tempo curtas. O artigo de hoje relata a descoberta de uma fonte enigmática que emitiu quase 100 pulsos de rádio em um período de 20 minutos, mas que não foi detectada desde então.
Eventos transientes em ondas de rádio podem resultar de diferentes tipos de fontes. Por exemplo, podemos detectar emissão periódica em rádio de estrelas de nêutrons em rotação rápida, conhecidas como pulsares. Embora pulsares tendam a emitir de maneira contínua, alguns pulsares podem ligar e desligar (processo conhecido como anulação) ou ser extremamente intermitentes, aparecendo como transientes. Magnetares são como primos dos pulsares: eles também são estrelas de nêutrons, mas tendem a girar mais lentamente e mostram propriedades de emissão que os pulsares não têm. Enquanto pulsares são alimentados pela sua rotação, os magnetares emitem explosões de raios-X que são mais energéticas do que a sua rotação pode explicar – em vez disso, acredita-se que os magnetares são alimentados pela diminuição da intensidade dos seus campos magnéticos extremamente fortes.
Acidentalmente encontrando uma agulha no palheiro cósmico
Os autores do artigo de hoje estavam conduzindo observações de acompanhamento típicas de um pulsar usando o telescópio MeerKAT. Inesperadamente, o programa de busca automática utilizado por eles detectou pulsos brilhantes que não pareciam originar-se do pulsar alvo. Estes pulsos brilhantes não tinham o mesmo período (tempo entre pulsos) que o pulsar alvo, levando os autores a acreditar que se tratava de uma fonte diferente. Para provar isso, eles precisariam separar as localizações das duas fontes no céu. Isso não seria possível com rádio-telescópios com apenas uma antena – eles permitem medir a emissão vinda de qualquer lugar do céu na direção da antena, mas não podem determinar de onde exatamente vem a emissão dentro dessa região. Felizmente o MeerKAT é um interferômetro composto por várias antenas de rádio, capaz de efetivamente criar imagens em rádio. Interferômetros são essencialmente antenas gigantes compostas por várias antenas menores, de modo que, combinando a detecção de cada antena, pode-se construir um mapa em rádio com alta resolução angular.
O MeerKAT tira imagens somando 8 segundos de emissão, e os pulsos detectados estavam separados por pelo menos 10 segundos, então cada imagem continha apenas um ou nenhum pulso. Por meio da combinação das imagens tiradas mostrando um pulso detectado e da subtração das imagens que não continham um pulso, a diferença (mostrada no painel direito da Figura 1) revelou a fonte desses pulsos brilhantes inesperados. Esta nova fonte está suficientemente longe do pulsar alvo conhecido para ser designada com segurança como uma nova fonte de rádio.
Então, qual é a fonte desses pulsos brilhantes inesperados? Os pulsos eram todos separados por um múltiplo inteiro de 10,4 segundos, período característico de estrelas de nêutrons em rotação lenta. Isso sugere que o objeto é provavelmente um pulsar, agora denominado PSR J1710-3452 dada sua localização no céu (para simplificar, vamos chamá-lo de J1710). Mas os pulsares são conhecidos pela sua emissão consistente, com pulsares tendo fluxos estáveis ao longo de anos ou décadas. Por outro lado, J1710 não mostrou nenhuma emissão detectável em 65 outras observações da região feitas antes ou depois – o painel esquerdo da Figura 1 é uma imagem de rádio de uma dessas observações. Também não foi detectado em outros mapeamentos em rádio feitos da região. Além disso, não foram observadas contrapartes em outros comprimentos de onda. Em resumo: o único sinal da existência de J1710 é a observação obtida há dois anos em que sua emissão foi detectada.
J1710 poderia ser um magnetar?
O método padrão para caracterizar pulsares envolve observá-los regularmente durante vários anos. Isso permite a construção de um modelo da rotação do pulsar e do seu movimento no céu ao longo do tempo. Usando esse método, pode-se estimar as propriedades físicas do pulsar, incluindo seu campo magnético e energia rotacional. No caso do J1710, é essencialmente impossível seguir esse método, afinal o provável pulsar só foi detectado em uma observação de 20 minutos. Com base nesses dados, podemos apenas colocar limites aproximados nas propriedades do pulsar.
Com base na mudança (ou ausência de mudança) observada no período de rotação ao longo de 20 minutos, só podemos estabelecer um limite superior alto para a taxa de freamento da rotação e, portanto, um limite superior bem alto para o campo magnético. Mesmo que os valores verdadeiros sejam 1000 vezes inferiores a esses limites superiores, as propriedades observadas do J1710 ainda se alinham melhor com a população de magnetares do que com outras fontes transientes de pulsos de rádio.
Uma análise visual dos pulsos individuais do J1710 também sugere que ele seja um magnetar: os pulsos individuais (mostrados na Figura 2) são largos, com bastante subestrutura. Os magnetares não emitem frequentemente ondas de rádio – apenas 6 dos 26 magnetares conhecidos têm alto volume de rádio – mas tendem a ter pulsos largos e altamente variáveis, com muitos subpulsos. Os pulsos de J1710 têm muito mais em comum com o pulso típico de um magnetar do que com um pulso típico de pulsar. Esse fato (combinado com o período de rotação lento) dá credibilidade à ideia de que J1710 seja um magnetar.
J1710 está muito mais acima do plano galáctico do que um magnetar típico – a maioria dos magnetares são jovens e, portanto, encontrados próximos do plano do disco fino da Galáxia, que é o componente galáctico mais jovem. J1710 poderia ser um exemplo de um magnetar antigo, o que poderia explicar a sua posição na galáxia e o fato de não vermos nenhum remanescente de supernova associado.
Embora normalmente comparemos um objeto com o resto da sua população, é difícil saber quantas fontes semelhantes ao J1710 podem existir na nossa galáxia, dado o seu período extremamente breve de detectabilidade. Mapeamentos feitos em rádio não são otimizados para detectar fontes transientes como essa, pois normalmente examinam cada posição no céu por apenas um curto período de tempo. Uma busca ativa por objetos transientes poderia usar uma estratégia diferente, como realizar exposições mais longas. Isso poderia permitir a identificação de novas fontes exóticas como J1710, à espera de serem descobertas.
Adaptado de For One Observation, and One Observation Only: a Magnetar?, escrito por Evan Lewis.
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