Uma equipe de pesquisa internacional, incluindo membros do Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) em Hannover, mostrou que uma estrela de nêutrons em rotação rápida está no centro de um objeto celestial agora conhecido como PSR J2039−5617. Eles usaram novos métodos de análise de dados e o enorme poder de computação do projeto de ciência cidadã Einstein @ Home para rastrear as fracas pulsações de raios gama da estrela de nêutrons em dados do Telescópio Espacial Fermi da NASA. Seus resultados mostram que o pulsar está em órbita com um companheiro estelar com cerca de um sexto da massa do nosso sol. O pulsar está lenta mas seguramente evaporando esta estrela. A equipe também descobriu que a órbita do companheiro varia ligeiramente e de forma imprevisível ao longo do tempo. Usando seu método de pesquisa, eles esperam encontrar mais sistemas desse tipo com o Einstein @ Home no futuro.

"Há anos que se suspeita que existe um pulsar, uma estrela de nêutrons em rotação rápida, no cerne da fonte que agora conhecemos como PSR J2039−5617, "diz Lars Nieder, um Ph.D. estudante do Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) em Hannover e co-autor do estudo publicado hoje em Avisos mensais da Royal Astronomical Society . "Mas só foi possível levantar o véu e descobrir as pulsações de raios gama com o poder de computação doado por dezenas de milhares de voluntários ao Einstein @ Home, " ele adiciona.

O objeto celeste é conhecido desde 2014 como uma fonte de raios-X, raios gama, e luz. Todas as evidências obtidas até agora apontavam para uma estrela de nêutrons em rotação rápida em órbita com uma estrela leve no centro da fonte. Mas faltavam provas claras.

Observações de precisão com telescópios ópticos

O primeiro passo para resolver esse enigma foram novas observações do companheiro estelar com telescópios ópticos. Eles forneceram conhecimento preciso sobre o sistema binário sem o qual uma pesquisa de pulsar de raios gama (mesmo com o enorme poder de computação do Einstein @ Home) seria inviável.

O brilho do sistema varia durante um período orbital, dependendo de qual lado da companheira da estrela de nêutrons está voltada para a Terra. "Para J2039-5617, existem dois processos principais em funcionamento, "explica o Dr. Colin Clark do Jodrell Bank Center for Astrophysics, autor principal do estudo e ex-Ph.D. estudante da AEI Hannover. "O pulsar aquece um lado do companheiro leve, que parece mais brilhante e mais azulado. Adicionalmente, o companheiro é distorcido pela atração gravitacional do pulsar, fazendo com que o tamanho aparente da estrela varie ao longo da órbita. "Essas observações permitiram que a equipe obtivesse a medição mais precisa possível do período orbital de 5,5 horas da estrela binária, bem como outras propriedades do sistema.

Pesquisando com a ajuda de dezenas de milhares de voluntários

Com essas informações e a posição precisa do céu a partir dos dados de Gaia, a equipe usou o poder de computação agregado do projeto de computação voluntária distribuída Einstein @ Home para uma nova pesquisa de cerca de 11 anos de observações de arquivo do Fermi Gamma-ray Space Telescope da NASA. Melhorar os métodos anteriores que eles desenvolveram para esse fim, eles recrutaram a ajuda de dezenas de milhares de voluntários para pesquisar dados do Fermi em busca de pulsações periódicas nos fótons de raios gama registrados pelo Large Area Telescope a bordo do telescópio espacial. Os voluntários doaram ciclos de computação ociosos nas CPUs e GPUs de seus computadores para o Einstein @ Home.

Essa busca exigia uma análise minuciosa dos dados para não perder nenhum sinal possível. O poder de computação necessário é enorme. A pesquisa levaria 500 anos para ser concluída em um único núcleo de computador. Usando parte dos recursos do Einstein @ Home foi feito em 2 meses.

Com o poder de computação doado pelos voluntários do Einstein @ Home, a equipe descobriu as pulsações de raios gama da estrela de nêutrons em rápida rotação. Este pulsar de raios gama, agora conhecido como J2039−5617, gira cerca de 377 vezes a cada segundo.

Mudanças surpreendentes da órbita

"Descobrimos que o período orbital do companheiro varia ligeiramente e de forma imprevisível ao longo dos 11 anos. Ele muda apenas em até cerca de dez milissegundos, mas como sabemos o tempo de chegada de cada fóton gama do pulsar até a precisão de microssegundos, mesmo este pouco é muito! ", diz Nieder. Essas variações do período orbital podem estar ligadas a pequenas mudanças na forma do companheiro causadas por sua atividade magnética. Semelhante ao nosso Sol, o companheiro pode estar passando por ciclos de atividade. O campo magnético interage com o plasma dentro da estrela e deforma-o. À medida que a forma da estrela varia, o seu campo gravitacional também muda, que por sua vez afeta a órbita do pulsar. Isso poderia explicar as variações observadas no período orbital.

Pulsares "aranha" consomem seus companheiros

Enquanto o companheiro estelar leve está orbitando o pulsar, a forte radiação e o vento de partículas do pulsar evaporam o companheiro. "Esta é a razão pela qual os astrônomos chamam sistemas como este de 'redbacks' em referência às aranhas redback australianas, cujas fêmeas consomem os machos após o acasalamento, "explica Nieder. No caso de J2039−5617, a matéria removida da estrela forma nuvens de partículas carregadas no sistema binário que absorvem ondas de rádio. Este é um dos motivos pelos quais as pesquisas anteriores por emissão de rádio pulsante da estrela de nêutrons falharam. Com a determinação precisa da órbita a partir dos dados de raios gama, também foi possível detectar pulsações de rádio e isso será publicado em um artigo separado.

"Conhecemos dezenas de fontes de raios gama semelhantes encontradas pelo Telescópio Espacial Fermi, para o qual a verdadeira identidade ainda não está clara, "diz o Prof. Dr. Bruce Allen, diretor do Instituto Max Planck de Física Gravitacional de Hannover e diretor e fundador do Einstein @ Home. "Muitos podem ser pulsares ocultos em sistemas binários e continuaremos a persegui-los com Einstein @ Home, " ele adiciona.