p Os astrofísicos estão redesenhando a imagem dos pulsares nos manuais, o denso, restos rodopiantes de estrelas explodidas, graças à estrela de nêutrons da NASA, Explorador de composição de interiores (NICER), um telescópio de raios-X a bordo da Estação Espacial Internacional. Usando dados NICER, os cientistas obtiveram as primeiras medições precisas e confiáveis ​​do tamanho e da massa de um pulsar, bem como o primeiro mapa de pontos quentes em sua superfície. p O pulsar em questão, J0030 + 0451 (J0030 para abreviar), encontra-se em uma região isolada do espaço 1, 100 anos-luz de distância, na constelação de Peixes. Ao medir o peso e as proporções do pulsar, O NICER revelou que as formas e localizações dos "pontos quentes" de um milhão de graus na superfície do pulsar são muito mais estranhas do que geralmente se pensa.

p "De sua posição na estação espacial, O NICER está revolucionando nossa compreensão dos pulsares, "disse Paul Hertz, diretor da divisão de astrofísica na sede da NASA em Washington. "Os pulsares foram descobertos há mais de 50 anos como faróis de estrelas que colapsaram em núcleos densos, comportando-se diferente de tudo que vemos na Terra. Com o NICER, podemos sondar a natureza desses remanescentes densos de maneiras que pareciam impossíveis até agora. "

p Uma série de artigos analisando as observações do NICER de J0030 aparece em uma edição de foco da The Astrophysical Journal Letters e agora está disponível online.

p Quando uma estrela massiva morre, fica sem combustível, colapsa sob seu próprio peso e explode como uma supernova. Essas mortes estelares podem deixar para trás estrelas de nêutrons, que acumulam mais massa do que o nosso Sol em uma esfera quase tão larga quanto a ilha de Manhattan é longa. Pulsares, que são uma classe de estrelas de nêutrons, gire centenas de vezes a cada segundo e direcione feixes de energia em nossa direção a cada rotação. J0030 gira 205 vezes por segundo.

p Por décadas, os cientistas têm tentado descobrir exatamente como funcionam os pulsares. No modelo mais simples, um pulsar tem um poderoso campo magnético com a forma de um ímã de barra doméstico. O campo é tão forte que arranca partículas da superfície do pulsar e as acelera. Algumas partículas seguem o campo magnético e atingem o lado oposto, aquecendo a superfície e criando pontos quentes nos pólos magnéticos. Todo o pulsar brilha fracamente em raios-X, mas os pontos quentes são mais claros. Conforme o objeto gira, esses pontos entram e saem do campo de visão como os feixes de um farol, produzindo variações extremamente regulares no brilho de raios-X do objeto. Mas os novos estudos NICER do J0030 mostram que os pulsares não são tão simples.

p Usando observações NICER de julho de 2017 a dezembro de 2018, dois grupos de cientistas mapearam os pontos quentes do J0030 usando métodos independentes e convergiram em resultados semelhantes para sua massa e tamanho. Uma equipe liderada por Thomas Riley, um estudante de doutorado em astrofísica computacional, e sua supervisora ​​Anna Watts, um professor de astrofísica da Universidade de Amsterdã, determinou que o pulsar tem cerca de 1,3 vezes a massa do Sol e 15,8 milhas (25,4 quilômetros) de diâmetro. Cole Miller, um professor de astronomia da Universidade de Maryland (UMD) que liderou a segunda equipe, descobriu que J0030 tem cerca de 1,4 vezes a massa do Sol e um pouco maior, cerca de 16,2 milhas (26 quilômetros) de largura.

p "Quando começamos a trabalhar no J0030, nosso entendimento de como simular pulsares estava incompleto, e ainda é, "Riley disse." Mas, graças aos dados detalhados do NICER, ferramentas de código aberto, computadores de alto desempenho e ótimo trabalho em equipe, agora temos uma estrutura para desenvolver modelos mais realistas desses objetos. "

p Um pulsar é tão denso que sua gravidade distorce o espaço-tempo próximo - o "tecido" do universo, conforme descrito pela teoria da relatividade geral de Einstein - da mesma forma que uma bola de boliche em um trampolim se estica na superfície. O espaço-tempo é tão distorcido que a luz do lado do pulsar voltado para longe de nós é "dobrada" e redirecionada para nossa visão. Isso faz com que a estrela pareça maior do que é. O efeito também significa que os pontos quentes podem nunca desaparecer completamente à medida que giram para o outro lado da estrela. O NICER mede a chegada de cada raio-X de um pulsar em mais de cem nanossegundos, uma precisão cerca de 20 vezes maior do que anteriormente disponível, portanto, os cientistas podem tirar proveito desse efeito pela primeira vez.

p "As medições incomparáveis ​​de raios-X do NICER nos permitiram fazer os cálculos mais precisos e confiáveis ​​do tamanho de um pulsar até o momento, com uma incerteza de menos de 10%, "Miller disse." Toda a equipe do NICER fez uma contribuição importante para a física fundamental que é impossível de investigar em laboratórios terrestres. "

p Nossa visão da Terra olha para o hemisfério norte do J0030. Quando as equipes mapearam as formas e localizações dos pontos do J0030, eles esperavam encontrar um lá com base na imagem de pulsares do livro, mas não o fez. Em vez de, os pesquisadores identificaram até três pontos quentes, "tudo no hemisfério sul.

p Riley e seus colegas fizeram rodadas de simulações usando círculos sobrepostos de diferentes tamanhos e temperaturas para recriar os sinais de raios-X. A realização de sua análise no supercomputador nacional holandês Cartesius levou menos de um mês - mas levaria cerca de 10 anos em um computador desktop moderno. A solução deles identifica dois pontos quentes, um pequeno e circular e o outro longo e em forma de crescente.

p O grupo de Miller realizou simulações semelhantes, mas com formas ovais de diferentes tamanhos e temperaturas, no supercomputador Deepthought2 da UMD. Eles encontraram duas configurações locais possíveis e igualmente prováveis. Um deles tem duas formas ovais que se aproximam do padrão encontrado pela equipe de Riley. A segunda solução adiciona uma terceira, ponto mais frio ligeiramente torto do pólo rotacional sul do pulsar.

p Previsões teóricas anteriores sugeriram que os locais e formas dos pontos quentes podem variar, mas os estudos J0030 são os primeiros a mapear esses recursos de superfície. Os cientistas ainda estão tentando determinar por que as manchas do J0030 estão organizadas e formadas como são, mas por enquanto está claro que os campos magnéticos de pulsar são mais complicados do que o modelo tradicional de dois pólos.

p O principal objetivo científico do NICER é determinar com precisão as massas e os tamanhos de vários pulsares. Com esta informação, os cientistas finalmente serão capazes de decifrar o estado da matéria nos núcleos das estrelas de nêutrons, matéria esmagada por tremendas pressões e densidades que não podem ser replicadas na Terra.

p "É notável, e também muito reconfortante, que as duas equipes alcançaram tamanhos semelhantes, massas e padrões de pontos quentes para J0030 usando diferentes abordagens de modelagem, "disse Zaven Arzoumanian, O líder científico do NICER no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Isso nos diz que o NICER está no caminho certo para nos ajudar a responder a uma pergunta persistente na astrofísica:que forma a matéria assume nos núcleos ultradensos das estrelas de nêutrons?"

p NICER é uma missão de oportunidade em astrofísica dentro do programa Explorers da NASA, que oferece oportunidades de voos frequentes para investigações científicas de classe mundial a partir do espaço, utilizando abordagens de gestão simplificadas e eficientes nas áreas de heliofísica e astrofísica. A Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial da NASA apóia o componente SEXTANT da missão, demonstrando a navegação da nave espacial baseada em pulsar.