Telescópios de raios X capturam os ‘ossos’ de uma mão cósmica fantasmagórica

Uma equipe internacional de cientistas publicou uma imagem da nebulosa MSH 15-52, obtida por meio de dois telescópios de raios X, que foi combinada com uma imagem infravermelha do objeto. O formato da nebulosa lembra o contorno de um raio X de uma mão humana.

Fonte da imagem: chandra.harvard.edu

Em 1895, o físico alemão Wilhelm Röntgen descobriu os raios, mais tarde chamados de raios X em sua homenagem, e os usou para criar imagens dos ossos da mão de sua esposa. Desde então, estes feixes tiveram uma vasta gama de aplicações e, em particular, passaram a ser utilizados para capturar os “ossos” do campo magnético de uma estrutura única em forma de mão humana localizada no espaço. Os telescópios americanos Chandra e IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) ajudaram a estudar o que está acontecendo nas proximidades de uma estrela morta, que continua a existir devido a plumas de partículas de matéria carregada e antimatéria.

Cerca de 1.500 anos atrás, uma estrela gigante em nossa galáxia ficou sem combustível – a estrela entrou em colapso e formou um objeto extremamente denso – uma estrela de nêutrons. Estrelas de nêutrons em rotação com fortes campos magnéticos – pulsares – são laboratórios para estudar processos físicos sob condições extremas que não podem ser replicados na Terra. Pulsares jovens produzem jatos de matéria e antimatéria que são ejetados dos pólos como um vento forte – isso alimenta a nebulosa.

Imagens da nebulosa MSH 15-52 obtidas pelo Chandra (esquerda), IXPE (centro) e telescópios infravermelhos (direita)

Em 2001, o Observatório de Raios X Chandra dos EUA foi usado para observar o pulsar PSR B1509-58, e como resultado foi descoberto que a nebulosa localizada em sua vizinhança, MSH 15-52, se assemelha a uma mão humana. O pulsar está localizado na base da “palma” a uma distância de aproximadamente 16 mil anos-luz da Terra. Além disso, este objeto foi estudado através do telescópio IXPE – a observação foi realizada durante cerca de 17 dias, sendo este o período de observação mais longo do observatório, lançado em dezembro de 2021.

«Os dados do IXPE nos fornecem pela primeira vez um mapa do campo magnético na mão. As partículas carregadas que produzem raios cósmicos movem-se ao longo do campo magnético, determinando a forma básica da nebulosa, como os ossos da mão de um homem”, disse o líder da equipa, Roger Romani, da Universidade de Stanford, na Califórnia. O IXPE ajudou a coletar informações sobre a orientação do campo elétrico dos raios X, que é determinado pelo campo magnético da fonte de raios X – polarização dos raios X. Nas vastas regiões do MSH 15-52, o grau de polarização é extremamente alto – aqui atinge um máximo teórico. Para atingir estes indicadores de desempenho, o campo magnético deve ser direto e uniforme, o que significa que a turbulência aqui é baixa.

A parte mais interessante da MSH 15-52 é o jato direcionado para o “pulso” na região inferior da imagem. O IXPE mostrou que a polarização no fragmento inicial do jato é baixa – há alta turbulência com campos magnéticos complexos e emaranhados. Perto do final do jato, as linhas do campo magnético se endireitam, tornam-se cada vez mais uniformes e a polarização aumenta muito. Isso significa que em regiões turbulentas próximas ao pulsar, as partículas recebem um aumento de energia e se movem livremente onde o campo magnético é uniforme: ao longo do “pulso”, do “polegar” externo e de outros dedos. O IXPE encontrou padrões semelhantes em outras nebulosas pulsares, o que significa que podem ser comuns em objetos semelhantes.