Discovery of an Extremely Luminous Sporadic Radio Pulsar

Nas profundezas do silêncio frio e escuro do espaço, existem estrelas mortas que ainda falam. Estas são estrelas de nêutrons, os remanescentes incrivelmente densos e do tamanho de uma cidade deixados para trás quando estrelas massivas explodem. A maioria delas gira rapidamente, emitindo ondas de rádio para o universo como faróis. Quando esses feixes passam pela Terra, detectamos um pulso regular, o que lhes rende o nome de pulsares. Durante décadas, os astrônomos mapearam milhares desses relógios cósmicos, usando-os para testar as leis da física e medir o tecido do espaço-tempo. No entanto, nem todas as estrelas de nêutrons são faróis constantes. Algumas são erráticas, piscando ligando e desligando em surtos imprevisíveis, ou escondendo seus sinais inteiramente por longos períodos. Estes são conhecidos como transientes de rádio rotativos, ou RRATs. Eles são difíceis de encontrar porque não brilham com um ritmo constante; em vez disso, eles sussurram em flashes esporádicos e aleatórios que são facilmente perdidos por telescópios que buscam por padrões constantes. Compreender esses objetos elusivos é crucial porque eles podem conter a chave para um tipo diferente de mistério cósmico: os surtos rápidos de rádio. Estes são flashes poderosos de energia de rádio de milissegundos vindos de galáxias distantes e, embora sua origem permaneça um dos maiores enigmas da astronomia, muitos cientistas suspeitam que estejam relacionados ao comportamento dessas estrelas de nêutrons erráticas.

Uma equipe de astrônomos usando o Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, um enorme telescópio de rádio na Colúmbia Britânica, descobriu agora o exemplo mais luminoso de tal estrela errática já registrado. Eles encontraram uma estrela de nêutrons, chamada PSR J2108+5055, que está situada a cerca de 1.600 anos-luz em nossa própria galáxia, a Via Láctea. Esta estrela é um verdadeiro ponto fora da curva. Enquanto a maioria dos pulsares emite um fluxo constante de ondas de rádio, esta é uma mudadora de modo esporádica, o que significa que ela alterna entre um estado silencioso, onde é quase muda, e um estado brilhante, onde desencadeia pulsos poderosos. Os pesquisadores detectaram mais de dois mil desses pulsos ao longo de vários anos, mas o comportamento da estrela é tão irregular que ela era invisível para levantamentos anteriores que buscavam sinais constantes. A descoberta mais impressionante é o puro poder de seus flashes mais brilhantes. A equipe mediu um único pulso com um brilho de pico de 3,1 kilojanskys, uma unidade de intensidade de rádio. Para colocar isso em perspectiva, se você colocasse esta estrela na borda do nosso Grupo Local de galáxias, um enorme telescópio na China chamado FAST ainda seria capaz de detectar seu flash mais brilhante. Isso faz de PSR J2108+5055 o transiente de rádio rotativo mais brilhante conhecido, superando todos os outros de seu tipo por uma margem significativa.

A descoberta não foi direta. O telescópio utilizado, CHIME, é projetado para escanear uma ampla faixa do céu conforme a Terra rotaciona, mas não rastreia objetos individuais como um telescópio tradicional. Isso significa que os dados são complexos, e os pulsos da estrela foram frequentemente captados nos "lóbulos laterais" da visão do telescópio, que são áreas menos sensíveis na borda de seu campo de visão. Os pesquisadores tiveram que desenvolver novos métodos para calibrar esses sinais e confirmar que os pulsos vinham de fato de uma única fonte giratória. Eles descobriram que a estrela gira uma vez a cada 0,495 segundos e possui um campo magnético poderoso, mas passa a maior parte do tempo em um modo de "anulação", onde não emite quase nada. Quando ela acorda, alterna entre dois modos distintos de brilho. Um modo é opaco, enquanto o outro é incrivelmente brilhante, sendo os pulsos brilhantes cerca de vinte vezes mais fortes que os opacos. A equipe também notou que os pulsos da estrela chegam em tempos ligeiramente diferentes dependendo de qual modo ela está, uma pista sutil que os ajudou a desbloquear o verdadeiro ritmo da estrela.

O que torna esta descoberta tão importante é o que ela sugere sobre a população de estrelas de nêutrons em nossa galáxia. Levantamentos anteriores, que buscavam sinais constantes ou surtos curtos, provavelmente perderam esta estrela inteiramente porque ela não se comporta como um pulsar típico. Os pesquisadores usaram um modelo simples para estimar quantos outros tipos de estrelas como esta poderiam estar escondidas no céu. Eles concluíram que pode haver dezenas, talvez cerca de oitenta, destas fontes extremamente brilhantes, mas esporádicas, que passaram despercebidas pelos métodos tradicionais. Isso implica que o universo está cheio de mais desses gigantes "escondidos" do que pensávamos anteriormente, e que precisamos de novos levantamentos de longa duração para encontrá-los. O estudo também coloca esta estrela no contexto dos surtos rápidos de rádio. Embora os pulsos de PSR J2108+5055 sejam incrivelmente brilhantes para um pulsar, eles ainda são muito fracos para serem os surtos rápidos de rádio vistos vindo de outras galáxias. No entanto, o fato de uma estrela de nêutrons em nosso próprio quintal poder produzir flashes tão intensos de milissegundos mostra que a maquinaria dentro dessas estrelas é capaz de gerar energia em uma escala que faz a ponte entre os pulsares comuns e os misteriosos surtos rápidos de rádio.

Os pesquisadores também procuraram por esta estrela em outras partes do espectro, como raios-X e luz visível, mas não encontraram nada. Isso confirma que a estrela é um emissor puramente de rádio, sem contraparte visível ou brilho forte de raios-X, o que é típico para este tipo de objeto. Ao medir a rotação da estrela e o quanto ela desacelera ao longo do tempo, calcularam que ela tem cerca de 12 milhões de anos e possui um campo magnético superficial bilhões de vezes mais forte que o da Terra. A energia que ela perde ao girar é convertida em ondas de rádio com uma eficiência surpreendentemente alta durante os breves momentos em que está ativa. Esta descoberta não resolve o mistério dos surtos rápidos de rádio, mas expande nossa compreensão do que as estrelas de nêutrons são capazes de fazer. Ela mostra que, mesmo dentro de nossa própria galáxia, existem objetos extremos que desafiam nossas expectativas, brilhando intensamente por um momento antes de desaparecerem novamente na escuridão. À medida que novos telescópios entram em operação e os levantamentos se tornam mais sensíveis, os astrônomos esperam encontrar mais desses transientes elusivos e de alta potência, revelando uma população oculta de estrelas que só falam através de sussurros.