Simulação de uma possível configuração de campo magnético quadrupolo para um pulsar com pontos quentes apenas no hemisfério sul. Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA
Os astrofísicos estão redesenhando a imagem dos pulsares, os restos densos e agitados de estrelas explodidas, graças ao NICER ( Interior Composition Explorer ) da NASA, um telescópio de raios X a bordo da Estação Espacial Internacional. Usando dados NICER, os cientistas obtiveram as primeiras medições precisas e confiáveis, tanto do tamanho de um pulsar quanto de sua massa, bem como o primeiro mapa de pontos quentes em sua superfície.
O pulsar em questão, J0030 0451 ( abreviado para J0030 ), fica em uma região isolada do espaço a 1.100 anos - luz de distância na constelação de Peixes. Ao medir o peso e as proporções do pulsar, o NICER revelou que as formas e a localização de “ pontos quentes ” de um milhão de graus na superfície do pulsar são muito mais estranhas do que se pensa.
" Desde a sua posição na estação espacial, o NICER está revolucionando nossa compreensão dos pulsares ", disse Paul Hertz, diretor da divisão de astrofísica da sede da NASA em Washington. No modelo mais simples, um pulsar possui um poderoso campo magnético em forma de imã de barra doméstico. O campo é tão forte que rasga partículas da superfície do pulsar e as acelera. Todo o pulsar brilha levemente em raios - X, mas os pontos quentes são mais brilhantes.
Mas os novos estudos NICER do J0030 mostram que os pulsares não são tão simples. Usando observações NICER de julho de 2017 a dezembro de 2018, dois grupos de cientistas mapearam os pontos quentes do J0030 usando métodos independentes e convergiram em resultados semelhantes para sua massa e tamanho. Uma equipe liderada por Thomas Riley, estudante de doutorado em astrofísica computacional, e sua supervisora Anna Watts, professora de astrofísica da Universidade de Amsterdã, determinaram que o pulsar tem cerca de 1,3 vezes a massa do Sol e 25,4 quilômetros de diâmetro.
Cole Miller, professor de astronomia da Universidade de Maryland ( UMD ) que liderou a segunda equipe, descobriu que o J0030 é cerca de 1,4 vezes a massa do Sol e um pouco maior, com 26 quilômetros de largura.
Um pulsar é tão denso que sua gravidade distorce o espaço - tempo próximo - o " tecido " do universo, conforme descrito pela teoria geral da relatividade de Einstein - da mesma maneira que uma bola de boliche em um trampolim estica a superfície. O espaço - tempo é tão distorcido que a luz do lado do pulsar voltado para nós é " dobrada " e redirecionada para a nossa visão.
O NICER mede a chegada de cada raio - X de um pulsar a mais de cem nanossegundos, uma precisão cerca de 20 vezes maior que a disponível anteriormente, para que os cientistas possam tirar proveito desse efeito pela primeira vez. “ As incomparáveis medições de raios X do NICER nos permitiram fazer os cálculos mais precisos e confiáveis do tamanho de um pulsar até o momento, com uma incerteza de menos de 10% ”, disse Miller.
“ Toda a equipe do NICER deu uma contribuição importante à física fundamental que é impossível de ser investigada em laboratórios terrestres. Nossa visão da Terra olha para o hemisfério norte de J0030. A realização de suas análises no supercomputador nacional holandês Cartesius levou menos de um mês - mas seria necessário cerca de 10 anos em um computador desktop moderno.
O grupo de Miller realizou simulações semelhantes, mas com ovais de diferentes tamanhos e temperaturas, no supercomputador Deepthought2 da UMD. O principal objetivo científico do NICER é determinar com precisão as massas e tamanhos de vários pulsares.
" É notável e também muito reconfortante que as duas equipes tenham atingido tamanhos, massas e padrões de pontos de vista semelhantes para o J0030 usando diferentes abordagens de modelagem ", disse Zaven Arzoumanian, líder científico do NICER no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. " Isso nos diz que o NICER está no caminho certo para nos ajudar a responder a uma pergunta duradoura na astrofísica : que forma a matéria assume nos núcleos ultra - densos das estrelas de nêutrons ? "
O NICER é uma missão de oportunidade astrofísica do programa Explorers da NASA, que oferece oportunidades de voo frequentes para investigações científicas de classe mundial a partir do espaço, utilizando abordagens de gerenciamento inovadoras, simplificadas e eficientes nas áreas da ciência heliofísica e astrofísica. A Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial da NASA apóia o componente SEXTANT da missão, demonstrando a navegação de espaçonave baseada em pulsar.
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