Cientistas do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Russa de Ciências (IKI), e o Observatório Pulkovo descobriram uma estrela de nêutrons única, o campo magnético do qual é aparente apenas quando a estrela é vista sob um certo ângulo em relação ao observador. Anteriormente, todas as estrelas de nêutrons podem ser agrupadas em duas grandes famílias:a primeira inclui objetos onde o campo magnético se manifesta durante todo o ciclo de spin, e o outro incluía objetos onde o campo magnético não é medido. A estrela de nêutrons GRO J2058 + 42 estudada pelos pesquisadores oferece uma visão da estrutura interna do campo magnético de uma estrela de nêutrons apenas em uma determinada fase de seu período rotacional. O trabalho foi publicado no Astrophysical Journal Letters .

A estrela de nêutrons no sistema GRO J2058 + 42 foi descoberta quase um quarto de século atrás com o Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) nos EUA. Pertence à classe dos chamados pulsares de raios-X transitórios. Este objeto foi estudado por meio de diferentes instrumentos e nada o diferencia dos demais objetos de sua classe. Apenas observações recentes com o observatório espacial NuSTAR que tem uma combinação notável de resolução de alta energia ( <400 eV) e faixa de energia extremamente ampla (3-79 keV), permitiu aos cientistas detectar uma característica peculiar na emissão do pulsar, potencialmente tornando-se o primeiro objeto de sua própria família.

Uma linha de absorção de ciclotron foi registrada no espectro de energia da fonte que permite estimar a intensidade do campo magnético da estrela de nêutrons. Tal fenômeno observacional (linha do ciclotron) não é novo e atualmente é observado em aproximadamente 30 pulsares de raios-X. A singularidade da descoberta dos cientistas russos é que essa linha se manifesta apenas quando a estrela de nêutrons é vista em um determinado ângulo em relação ao observador. Esta descoberta foi possível devido a uma análise "tomográfica" detalhada do sistema. Os espectros de raios-X da estrela de nêutrons GROJ2058 + 42 foram medidos em dez direções diferentes e apenas em uma delas foi encontrada depressão significativa na intensidade de emissão em torno de 10 keV. Esta energia corresponde aproximadamente à intensidade do campo magnético de 1012 G na superfície da estrela de nêutrons. O resultado obtido é especialmente interessante devido ao registro simultâneo de harmônicos superiores da linha do ciclotron na mesma fase rotacional da estrela de nêutrons.

As estrelas de nêutrons são objetos superdensos com um raio de cerca de 10 km e a massa de 1,4-2,5 vezes a massa do sol. As estrelas de nêutrons nascem como resultado de explosões de supernovas que podem levar a tal compressão da matéria que os elétrons se fundem com os prótons e formam os nêutrons, resultando em massas colossais em pequenos volumes. Além disso, a força do campo magnético na superfície da estrela de nêutrons após o colapso pode chegar a 1011-1012 G (que é dezenas de milhões de vezes maior do que a alcançada nos mais poderosos laboratórios da Terra). Tipicamente, estrelas de nêutrons têm uma configuração dipolo do campo magnético - ou seja, eles têm dois pólos (semelhantes à Terra, que tem os pólos magnéticos Norte e Sul).

Algumas das estrelas de nêutrons podem formar sistemas binários com estrelas normais, capturando matéria de seus companheiros normais e agregando-a aos pólos magnéticos. Este processo é um tanto semelhante à captura de partículas do vento solar na Terra, o que resulta em um fenômeno conhecido como aurora. Se o eixo de rotação da estrela de nêutrons não coincidir com seu eixo magnético, o observador registrará um sinal periódico, como um de um farol, e a estrela aparece como um pulsar de raios-X.

GRO J2058 + 42 é um pulsar de raios-X muito peculiar porque sua emissão pode ser observada apenas durante explosões brilhantes. Tal comportamento é explicado pelo fato de a estrela companheira neste sistema pertencer às chamadas estrelas de classe Be. Essas estrelas giram em torno de seu eixo tão rapidamente que um disco de saída (ou a chamada decreção) de matéria se forma em torno de seu equador. À medida que a estrela de nêutrons se move em torno de um componente normal de alta massa, a matéria desse disco começa a fluir para sua superfície, o que leva a uma explosão, ou um aumento rápido na luminosidade. Esses são momentos ideais para estudar as propriedades físicas de tais objetos.

Esses estudos são geralmente complicados pelo fato de que explosões na maioria desses sistemas são bastante raras e não podem ser previstas com segurança. Portanto, é importante organizar prontamente observações com observatórios espaciais quando tais eventos acontecem. Os cientistas dos institutos mencionados acima tiveram a sorte de perceber o início de uma nova explosão de GRO J2058 + 42 e rapidamente organizar uma série de observações com o observatório NuSTAR. Essas observações mostraram que o campo magnético se manifesta apenas durante certas fases da rotação da estrela de nêutrons, o que pode apontar para sua configuração incomum ou peculiaridades na geometria do sistema. Os resultados obtidos foram tão intrigantes que os cientistas russos contataram seus colegas da equipe do NuSTAR e sugeriram a realização de observações adicionais que confirmaram as descobertas iniciais.

Em geral, possíveis inomogeneidades na estrutura do campo magnético de estrelas de nêutrons foram previstas por cálculos teóricos, mas, anteriormente, acreditava-se que tais inomogeneidades se formavam apenas por meio de explosões curtas, observada a partir de magnetares. A descoberta dos cientistas russos provou pela primeira vez que o campo magnético de uma estrela de nêutrons tem uma estrutura consideravelmente mais complexa do que se acreditava anteriormente. e que essa estrutura complexa pode manter sua forma por um tempo bastante longo e ser uma propriedade fundamental de um objeto.

Alexander Lutovinov, Professor da Academia Russa de Ciências, Vice-Diretor de Pesquisa do Instituto de Pesquisas Espaciais, Professor do MIPT, e um dos autores da descoberta, disse, “A estrutura dos campos magnéticos das estrelas de nêutrons é uma questão fundamental de sua formação e evolução. Por um lado, a estrutura dipolo da estrela progenitora deve ser preservada durante o colapso, mas por outro lado, até mesmo nosso próprio Sol tem campo magnético local não homogêneo que se manifesta como manchas solares. Estruturas semelhantes foram teoricamente previstas também para estrelas de nêutrons. É ótimo testemunhá-los em dados reais pela primeira vez. Os teóricos agora terão novos dados factuais para sua modelagem, e teremos uma nova ferramenta para estudar parâmetros de estrelas de nêutrons. "