NASA
Durante mais de meio século, a causa dos raios de ondas de rádio que os pulsares emitem tem confundido os cientistas. Agora, uma equipa de investigadores parece ter finalmente identificado o mecanismo responsável pelo brilho intenso dos pulsares.
A proposta de uma equipa de investigadores começa com os fortes campos elétricos do pulsar, que arrancam eletrões da superfície da estrela e os aceleram a energias extremas. Os eletrões acelerados começam eventualmente a emitir raios gama de alta energia.
Estes raios gama, quando absorvidos pelo campo magnético ultra-forte do pulsar, produzem um dilúvio de eletrões adicionais e as suas contrapartes de antimatéria, os positrões.
As novas partículas carregadas abafam os campos elétricos, fazendo-os oscilar. Os campos elétricos oscilantes na presença dos poderosos campos magnéticos do pulsar produzem ondas eletromagnéticas que escapam para o Espaço.
Usando simulações de plasma, os investigadores descobriram que estas ondas eletromagnéticas coincidem com as ondas de rádio observadas pelos pulsares.
“O processo é muito parecido com um raio”, disse Alexander Philippov, do Centro de de Astrofísica Computacional no Instituto Flatiron e principal autor do estudo, em comunicado. “Do nada, temos uma descarga poderosa que produz uma nuvem de eletrões e positrões e, como brilho, há ondas eletromagnéticas”.
Os pulsares são estrelas de neutrões, os restos densos e altamente magnetizados de estrelas em colapso. Ao contrário de outras estrelas de neutrões, os pulsares giram a velocidades alucinantes – alguns giram mais de 700 vezes por segundo. Essa rotação gera poderosos campos elétricos.
Nos dois pólos magnéticos de um pulsar, raios contínuos de ondas de rádio explodem no Espaço. Essas transmissões de rádio são especiais porque são coerentes, o que significa que as partículas que as criam se movem juntas.
À medida que o pulsar gira, os raios espalham-se em círculos pelo céu. Da Terra, os pulsares parecem piscar quando os raios entram e saem da linha de visão. Esse momento é tão preciso que rivaliza com a precisão dos relógios atómicos.
Durante décadas, os astrónomos ponderaram as origens desses feixes de luz, mas foram incapazes de chegar a uma explicação viável. Philippov, Timokhin e Spitkovsky adotaram uma nova abordagem para o problema, criando simulações 2D do plasma ao redor dos polos magnéticos de um pulsar.
As simulações reproduzem como os campos elétricos de um pulsar aceleram partículas carregadas. Essa aceleração produz fotões de alta energia que interagem com o intenso campo magnético do pulsar para produzir pares eletrão-prositrão, que são acelerados por campos elétricos e criam ainda mais fotões.
Os pares criam os seus próprios campos elétricos opostos e humedecem o campo elétrico inicial. Eventualmente, o campo elétrico original torna-se tão fraco que chega a zero e começa a oscilar entre valores negativos e positivos. Esse campo elétrico oscilante, se não estiver exatamente alinhado com o forte campo magnético do pulsar, produz radiação eletromagnética.
“Ao entender como a transmissão ocorre, há esperança de que também possamos produzir um modelo dos erros no relógio do pulsar que possam ser usados para melhorar os arranjos da sincronização de tempo“, disse Philippov.
Além disso, uma compreensão tão profunda poderia ajudar a resolver a fonte misteriosa de explosões periódicas de ondas de rádio, conhecidas como explosões rápidas de rádio.
Os investigadores planeiam expandir as suas simulações para se aproximar da física do mundo real de um pulsar e investigar melhor a forma como o processo funciona. Philippov espera que o trabalho melhore a investigação com base na observação precisa do momento em que as emissões de pulsares chegam à Terra.
Esta descoberta, cujas conclusões foram publicadas esta semana na revista científica Physical Review Letters, pode ajudar projetos dependentes do momento de emissões de pulsares, como estudos de ondas gravitacionais.
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