Estrelas de nêutrons são um dos objetos astronômicos mais fascinantes do universo conhecido. Além de serem o tipo mais denso de estrela (com a possível exceção de estrelas de quarks), eles também são conhecidos por formar pares binários com estrelas massivas. Até o momento, apenas 39 desses sistemas foram descobertos e menos ainda foram detectados, compostos por uma estrela massiva e uma estrela de nêutrons de raios gama de energia muito alta (VHE).
Até o momento, apenas dois desses sistemas foram encontrados, o segundo dos quais foi descoberto apenas alguns anos atrás por uma equipe de astrônomos internacionais conhecida como colaboração do Sistema de Matriz de Telescópio de Imagens por Radiação muito Energética (VERITAS). Além de ser uma descoberta rara, a descoberta também teve muita sorte, já que o comportamento incomum que observaram vindo deste sistema não acontecerá novamente até 2067.
Simplificando, as estrelas de nêutrons são os restos densos de uma estrela que explodiu em uma supernova, deixando para trás um objeto compacto e extremamente denso que gira rapidamente. Isso faz com que uma estrela de nêutrons gere poderosos campos magnéticos que focalizam sua radiação em um feixe apertado, que aparece como um farol quando visto de frente. Quando esses feixes se cruzam com a Terra, os astrônomos podem detectar esses pulsos no rádio e em outros comprimentos de onda.
Como é comum as estrelas massivas formarem pares binários, não é de surpreender que alguns pulsares tenham um companheiro em órbita que sobreviveu ao seu parceiro em supernova. Também é comum que esses sistemas tenham discos de detritos, que são afetados pelo pulsar que gira rapidamente. À medida que a radiação colide com os detritos, ela cria partículas carregadas que podem ser aceleradas até quase a velocidade da luz, resultando em raios gama de energia muito alta (VHE).
Usando os quatro telescópios de 12 m no Observatório Fred Whipple de Fred Lawrence, que é operado pelo Observatório Astrofísico Smithsonian (SAO), a colaboração da VERITAS começou a rastrear o que se pensava ser um sistema pulsar de raios gama VHE em 2016. Esta fonte está localizada em um enorme viveiro estelar a cerca de 5.000 anos-luz da Terra, na direção da constelação de Cygnus.
Com a ajuda de uma equipe de astrônomos que usaram os dois telescópios Cherenkov (MAGIC) de 17 m da Major Gamma Imaginary Atmospheric Atmosphere (localizados no Observatório El Roque de Los Muchachos, nas Ilhas Canárias), a equipe descobriu que o pulsar tinha um companheiro estelar maciço que orbitavam a cada 50 anos em uma órbita extremamente elíptica. As duas equipes também calcularam que as estrelas estariam nos pontos mais próximos de sua órbita até 13 de novembro de 2017 e não estariam novamente até 2067.
Os diretores da colaboração da VERITAS haviam anteriormente participado de outros astrônomos para monitorar esse sistema antes, durante e após a abordagem mais próxima. Usando os quatro telescópios do Observatório de Whipple de Fred Lawrence, eles detectaram os raios gama dos flashes extremamente breves da radiação Cherenkov que aparecem nos céus quando são absorvidos pela atmosfera da Terra.
As observações iniciais, realizadas em 2016, revelaram emissões fracas de raios gama, que eram consistentes com o fato de o sistema binário estar incorporado em um viveiro estelar. "Essa emissão estável e de baixo nível é mais provável de uma nebulosa que é continuamente alimentada pelo pulsar", disse Ralph Bird, pesquisador de pós-doutorado da Universidade da Califórnia em Los Angeles que desempenhou um papel de liderança na campanha da VERITAS.
Os cientistas esperaram, portanto, que as estrelas chegassem ao ponto mais próximo de sua órbita para ver se haveria alguma mudança. De acordo com Alicia López Oramas, pesquisadora do MAGIC no Instituto de Astrofísica de Canárias (IAC) e uma das autoras correspondentes do estudo, “era esperado que um sistema único emitisse raios gama de energia muito alta durante essa abordagem. , e esta oportunidade não pode ser desperdiçada. "
Em setembro, as coisas começaram a mudar drasticamente. Como Tyler Williamson, um estudante de pós-graduação do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Delaware e outro colaborador importante do VERITAS, indicou:
“O fluxo de raios gama que observamos em setembro foi o dobro do valor anterior. Durante a aproximação mais próxima entre a estrela e o pulsar, em novembro de 2017, o fluxo aumentou 10 vezes em apenas uma única noite. ”
Para explicar esse comportamento, a equipe combinou modelos teóricos com base nas teorias mais recentes sobre pulsares, discos de detritos e as emissões resultantes de suas observações. Isso se mostrou malsucedido, o que os levou a concluir que são necessárias revisões significativas, o que inclui melhores informações sobre o encontro entre as duas estrelas.
Em resumo, são necessárias mais observações desse par binário antes que uma modelagem adequada possa ser feita. Isso não é surpreendente, pois esse sistema é apenas o segundo caso de um sistema pulsar binário exibindo emissão de raios gama VHE. No entanto, as observações coletadas pelas duas equipes foram inestimáveis, uma vez que todas as explicações anteriores sobre o comportamento dos binários pulsares de raios gama do VHE eram especulações.
Nos próximos anos, os cientistas planejam continuar observando esse e outros pulsares para monitorar o comportamento exótico proveniente desse tipo extremo de objeto. E se modelos adequados puderem ser desenvolvidos para esse sistema em particular, será de imenso valor para os cientistas, oferecendo informações sobre o nascimento e a evolução de objetos compactos - variando de pulsares a sistemas binários de buracos negros.
Como afirmou Wystan Benbow, astrofísico da CfA, "o investimento contínuo na operação de instalações exclusivas e de ponta, como a VERITAS, é crítico e garantirá mais oportunidades para alcançar uma ciência transformadora".
A colaboração da VERITAS é um grupo de 80 cientistas de 20 instituições com sede nos Estados Unidos, Canadá, Alemanha e Irlanda. O estudo que descreve suas descobertas apareceu recentemente no Cartas astrofísicas do diário. O Observatório de Fred Lawrence Whipple é operado pelo Observatório Astrofísico Smithsonian (SAO).
