p Uma equipe internacional de astrofísicos, incluindo cientistas russos do Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Russa de Ciências (RAS), MIPT, e o Observatório Pulkovo de RAS detectou uma diminuição abrupta da luminosidade do pulsar após explosões gigantes. O fenômeno está associado ao chamado "efeito hélice, "que foi previsto há mais de 40 anos. No entanto, este é o primeiro estudo a observar de forma confiável a transição dos dois pulsares de raios-X 4U 0115 + 63 e V 0332 + 53 para o "regime de hélice". Os resultados das observações, as conclusões a que chegaram os pesquisadores, e os cálculos relevantes foram publicados em Astronomia e Astrofísica . p As duas fontes estudadas, 4U 0115 + 63 e V 0332 + 53, pertencem a uma classe bastante especial de pulsares de raios-X transitórios. Essas estrelas agem alternadamente como fontes fracas de raios-X, sofrer explosões gigantes, e desaparecer de vista completamente. As transições de pulsares entre diferentes estados fornecem informações valiosas sobre seu campo magnético e a temperatura da matéria circundante. Essas informações são indispensáveis, já que os campos magnéticos imensamente fortes e as temperaturas extremamente altas tornam as medições diretas impossíveis em um laboratório na Terra.

p O nome de um pulsar é precedido por uma letra designando o primeiro observatório a descobri-lo, que é seguido por um código numérico contendo as coordenadas do pulsar. O "V" refere-se a Vela 5B, um satélite militar dos EUA lançado para espionar os soviéticos. Quanto ao "4U" no outro nome, representa o quarto catálogo Uhuru, compilado pelo primeiro observatório em órbita dedicado especificamente à astronomia de raios-X. Após a descoberta do primeiro pulsar, era originalmente conhecido como "LGM-1" (para "homenzinhos verdes"), porque era uma fonte de pulsos de rádio regulares, levando cientistas a acreditar que eles podem ter recebido um sinal de extraterrestres inteligentes.

p Um pulsar de raios-X é uma estrela de nêutrons em rápida rotação com um forte campo magnético. Uma estrela de nêutrons pode fazer parte de um sistema binário. Em um processo que os astrofísicos chamam de acréscimo, a estrela de nêutrons pode canalizar gás de sua companheira estelar normal. O gás atraído espirala em direção à estrela de nêutrons, formando um disco de acreção, que é interrompido no raio da magnetosfera. Durante o acúmulo, a matéria penetra até certo ponto na magnetosfera, "congela nele, "e flui ao longo das linhas do campo magnético em direção aos pólos magnéticos da estrela de nêutrons. Caindo em direção aos pólos, o gás é aquecido a várias centenas de milhões de graus, que causa a emissão de raios-X. Se o eixo magnético de uma estrela de nêutrons estiver inclinado em relação ao seu eixo de rotação, os feixes de raios X que ele emite giram de uma maneira que se assemelha à maneira como os faróis funcionam. Para um observador "onshore", a fonte parece estar enviando sinais em intervalos regulares que variam de frações de segundo a vários minutos.

p Uma estrela de nêutrons é um dos possíveis vestígios deixados por uma supernova. Pode ser formado no final da evolução estelar, se a estrela original fosse massiva o suficiente para permitir que a gravitação comprimisse a matéria estelar o suficiente para fazer os elétrons se combinarem com os prótons, produzindo nêutrons. O campo magnético de uma estrela de nêutrons pode ser mais de 10 ordens de magnitude mais forte do que qualquer campo magnético que poderia ser alcançado na Terra.

p Em um sistema binário, um pulsar de raios X é observado quando a estrela de nêutrons está agregando matéria de sua companheira estelar normal - geralmente um gigante ou supergigante caracterizado por um forte vento estelar (ejeção de matéria no espaço). Alternativamente, pode ser uma estrela menor, como o nosso próprio sol, que preencheu seu lóbulo Roche - a região além da qual é incapaz de reter a matéria atraída pela gravidade da estrela de nêutrons companheira.

p Os pulsares 4U 0115 + 63 e V 0332 + 53 são fontes de raios-X irregulares (transitórios), devido ao fato de que suas companheiras estelares pertencem à incomum classe de estrelas Be. A rotação axial de uma estrela Be é tão rápida que ocasionalmente começa a "protuberar" no equador, e um disco de gás é formado em torno dele, preenchendo o lóbulo Roche. A estrela de nêutrons começa a acumular rapidamente o gás de seu companheiro "doador", causando um aumento acentuado na emissão de raios-X, chamado de explosão de raios-X. Em algum ponto, depois que a matéria na protuberância equatorial começa a se esgotar, o disco de acreção se esgota, e o gás não pode mais cair na estrela de nêutrons devido à influência do campo magnético e da força centrífuga. Isso dá origem a um fenômeno conhecido como "efeito de hélice" - o pulsar entra em um estado em que não ocorre acreção, e a fonte de raios-X não é mais observada.

p Os astrônomos usam o termo "luminosidade" para se referir à quantidade total de energia emitida por um corpo celeste por unidade de tempo. A linha vermelha no diagrama representa a luminosidade limite para o pulsar 4U 0115 + 63. As observações da outra fonte (V 0332 + 53) produziram resultados semelhantes. As linhas azuis marcam os momentos em que a distância entre o pulsar e o companheiro era mínima. This proximity of the companion star might cause the neutron star to go into overdrive and resume emission (see diagram), provided that sufficient amounts of matter are still available for accretion.

p The Russian scientists used the X-ray telescope (XRT) on NASA's Swift space observatory to measure the threshold luminosity that marks the transition of a pulsar to the propeller regime. This parameter depends on the magnetic field and the rotational period of the pulsar. The rotational periods of the sources in this study are known based on the intervals between the pulses that we can register, 3.6 s in the case of 4U 0115+63 and 4.3 s for V 0332+53. Knowing both the threshold luminosity and the rotational period, one can calculate the strength of the magnetic field. The research findings are in agreement with the values obtained using other methods. Contudo, the luminosity was only reduced by a factor of 200, as compared to the expected 400 times reduction. The researchers hypothesized that there could be two possible explanations for this discrepancy. Primeiro, the neutron star surface could become an additional source of X-rays, as it cools down following an outburst. Segundo, the propeller effect could leave some room for matter transfer between the two stars, as opposed to sealing the neutron star off completely. Em outras palavras, an unaccounted mechanism could be enabling accretion to continue to a certain extent.

p The transition of a pulsar into the propeller mode is challenging to observe, as the low luminosity state cannot be detected easily. For 4U 0115+63 and V 0332+53, this was attempted following the previous outbursts of these sources. Contudo, the instruments available at the time were not sensitive enough to see the pulsars in the "off-mode." This study is the first to demonstrate reliably that these two sources do, na verdade, "black out." Além disso, the researchers showed that knowledge of the luminosity that marks the transition of pulsars into the propeller regime can be used to learn more about the structure and intensity of the magnetic fields around neutron stars.

p Prof. Dr. Alexander Lutovinov of the Russian Academy of Sciences, Head of Laboratory at the Space Research Institute (IKI RAS) and a professor at MIPT, comentários, "Knowledge of the structure of the magnetic fields of neutron stars is of paramount importance for our understanding of their formation and evolution. In this research, we determined the dipole magnetic field component, which is linked to the propeller effect, for two neutron stars. We demonstrate that this independently calculated value can be compared to the available results of magnetic field measurements based on the detection of cyclotron lines in the spectra of sources. Fazendo isso, it is possible to estimate the contribution of the other, higher-order components in the field structure."