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PSR J2043+1711: A Aceleração Estranha de um Pulsar

Cientistas investigam a aceleração peculiar do PSR J2043+1711 e suas possíveis causas.

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Índice

PSR J2043+1711 é um sistema estelar fascinante que chamou a atenção dos cientistas. É um tipo de estrela conhecida como pulsar, que emite feixes de radiação que podem ser detectados da Terra. O comportamento incomum desse pulsar levou os pesquisadores a investigar seus arredores e o que poderia estar causando seus movimentos estranhos.

O que é PSR J2043+1711?

Inicialmente avistado pelo Telescópio Fermi de Grande Área como uma fonte de raios gama, PSR J2043+1711 foi identificado como um pulsar em estudos posteriores. Esses estudos mostraram que ele tem uma órbita curta de cerca de 1,48 dias com uma estrela companheira, provavelmente um anão branco de hélio de baixa massa.

A Aceleração Peculiar

Um dos aspectos mais interessantes do PSR J2043+1711 é sua aceleração peculiar, medida em aproximadamente 3,5 mm/s/ano. Essa aceleração não combina com o que os cientistas esperariam com a nossa compreensão atual da Via Láctea. Normalmente, esperamos que todos os objetos se movam de maneiras previsíveis com base nas forças gravitacionais, mas esse pulsar está agindo de forma diferente.

Possíveis Explicações

Os pesquisadores sugeriram algumas explicações para esse comportamento inesperado. As duas possibilidades mais prováveis são:

  1. Um Voo Estelar: Isso significa que uma estrela próxima está passando por PSR J2043+1711 de uma forma que afeta seu movimento.

  2. Um Companheiro Orbital de Longo Prazo: Isso se refere à ideia de que poderia haver outra estrela ou objeto em uma órbita muito mais ampla ao redor do PSR J2043+1711, afetando seu movimento ao longo do tempo.

Investigando o Voo Estelar

A ideia de que uma estrela próxima está influenciando o movimento do PSR J2043+1711 é intrigante. Os cientistas procuraram candidatos em catálogos de estrelas existentes e encontraram uma estrela da sequência principal que está relativamente próxima, a apenas cerca de 2,4 arco-segundos de distância. Embora pareça uma explicação plausível, os movimentos do pulsar e dessa estrela são diferentes, sugerindo que não estão ligados pela gravidade. Em vez disso, eles podem estar passando um perto do outro - onde a estrela passa próximo sem realmente afetar significativamente a órbita do pulsar.

A Probabilidade do Acaso

Para entender quão provável é que essa estrela esteja apenas aleatoriamente próxima ao PSR J2043+1711, os cientistas fizeram alguns cálculos. Eles descobriram que há 1,6% de chance de uma estrela mais brilhante que uma certa magnitude aparecer dentro desse pequeno espaço no céu. Embora isso não confirme uma conexão, sugere que um encontro casual assim é possível.

Explorando a Teoria do Companheiro Orbital

A segunda possibilidade envolve um companheiro de longo prazo orbitando PSR J2043+1711. Isso poderia ser uma estrela que está tão longe que seu efeito é lento e constante, criando o que parece ser uma aceleração constante. Se este for o caso, poderia dar uma ideia de como pulsars como PSR J2043+1711 interagem com outras estrelas na galáxia.

Os cientistas estabeleceram várias restrições sobre o que tal companheiro poderia ser. Ele poderia ser um anão branco ou uma estrela de baixa massa. Qualquer companheiro que exista deve ser muito fraco, então ainda não foi detectado em pesquisas existentes.

Dados de Tempo e Medições

Para fazer sentido de tudo isso, os pesquisadores têm coletado dados ao longo de longos períodos. Medidas desse pulsar podem fornecer informações sobre sua órbita e movimentos. Ao ajustar essas medidas em equações, os cientistas podem estimar parâmetros como o período orbital e a massa de qualquer potencial companheiro.

O Papel da Via Láctea

A Via Láctea está em um estado de desequilíbrio dinâmico. Isso é uma forma chique de dizer que as forças gravitacionais pela galáxia não estão perfeitamente equilibradas. Como resultado, algumas partes da galáxia podem ter efeitos gravitacionais peculiares que também poderiam influenciar pulsars como PSR J2043+1711.

Embora seja concebível que interações entre galáxias anãs satélites poderiam criar esses efeitos, simulações mostram que tipicamente não geram acelerações fortes o suficiente para explicar o que está sendo observado com o PSR J2043+1711.

Um Pulsar Único

PSR J2043+1711 é extraordinariamente estável em sua rotação, o que o tornou um assunto chave para entender os efeitos gravitacionais na galáxia. Seu comportamento tem implicações não apenas para pulsars, mas também para nossa compreensão da dinâmica das galáxias.

É claro que pulsars podem servir como acelerômetros sensíveis que nos ajudam a coletar dados sobre a estrutura e dinâmica da Via Láctea.

A Hipótese do Redback

Outra possibilidade que os cientistas consideraram é se PSR J2043+1711 se encaixa no perfil de um pulsar redback. Pulsars redback são um tipo de sistema binário onde uma estrela de nêutrons (o pulsar) está roubando material de sua estrela companheira de menor massa.

No entanto, as medições para PSR J2043+1711 não se alinham com os comportamentos típicos de sistemas redback. Para começar, não há sinais observáveis de eclipses, que são comuns em pulsars redback.

Um Olhar Mais Atento nas Causas da Aceleração

Para analisar a causa da aceleração peculiar do PSR J2043+1711, os cientistas delinearam um framework para determinar o que pode estar acontecendo. Isso inclui avaliar:

  • Desequilíbrio Dinâmico: Entender como as forças desiguais da galáxia podem influenciar o pulsar.
  • Mecânica Orbital: Estudar a possibilidade de uma estrela companheira oculta que poderia estar influenciando-o ao longo de um longo período.
  • Efeitos Tiduais: Considerar se interações gravitacionais com seu companheiro poderiam causar mudanças.

Uma Combinação de Efeitos

É possível que o movimento de PSR J2043+1711 resulte de uma combinação de diferentes fatores. Por exemplo, tanto uma estrela passageira quanto um companheiro distante poderiam, juntos, criar a aceleração peculiar observada.

Observações Futuras

Para esclarecer mais a situação, observações futuras serão críticas. À medida que os estudos continuam, períodos mais longos de dados de tempo ajudarão a restringir as possibilidades, proporcionando insights mais claros sobre o comportamento do PSR J2043+1711.

A longo prazo, técnicas avançadas podem permitir que os cientistas identifiquem mudanças nos padrões de movimento, ampliando nossa compreensão da dinâmica dos pulsars e seus ambientes.

Conclusão

PSR J2043+1711 se destaca como um caso único entre os pulsars, com sua aceleração incomum levando os pesquisadores a mergulharem mais fundo em seus arredores. Seja causado por um voo estelar, um companheiro distante ou pelas complexidades de nossa galáxia, a busca por respostas continua, prometendo insights sobre a natureza dos pulsars e as forças em jogo no cosmos. À medida que nossas capacidades de observação crescem, os mistérios desse pulsar e seu comportamento podem se desenrolar lentamente, aumentando nossa compreensão do funcionamento do universo.

Fonte original

Título: The Anomalous Acceleration of PSR J2043+1711: Long-Period Orbital Companion or Stellar Flyby?

Resumo: Based on the rate of change of its orbital period, PSR J2043+1711 has a substantial peculiar acceleration of 3.5 $\pm$ 0.8 mm/s/yr, which deviates from the acceleration predicted by equilibrium Milky Way models at a $4\sigma$ level. The magnitude of the peculiar acceleration is too large to be explained by disequilibrium effects of the Milky Way interacting with orbiting dwarf galaxies ($\sim$1 mm/s/yr), and too small to be caused by period variations due to the pulsar being a redback. We identify and examine two plausible causes for the anomalous acceleration: a stellar flyby, and a long-period orbital companion. We identify a main-sequence star in \textit{Gaia} DR3 and Pan-STARRS DR2 with the correct mass, distance, and on-sky position to potentially explain the observed peculiar acceleration. However, the star and the pulsar system have substantially different proper motions, indicating that they are not gravitationally bound. However, it is possible that this is an unrelated star that just happens to be located near J2043+1711 along our line of sight (chance probability of 1.6\%). Therefore, we also constrain possible orbital parameters for a circumbinary companion in a hierarchical triple system with J2043+1711; the changes in the spindown rate of the pulsar are consistent with an outer object that has an orbital period of 80 kyr, a companion mass of 0.3 $M_\odot$ (indicative of a white dwarf or low-mass star), and a semi-major axis of 2000 AU. Continued timing and/or future faint optical observations of J2043+1711 may eventually allow us to differentiate between these scenarios.

Autores: Thomas Donlon, Sukanya Chakrabarti, Michael T. Lam, Daniel Huber, Daniel Hey, Enrico Ramirez-Ruiz, Benjamin Shappee, David L. Kaplan, Gabriella Agazie, Akash Anumarlapudi, Anne M. Archibald, Zaven Arzoumanian, Paul T. Baker, Paul R. Brook, H. Thankful Cromartie, Kathryn Crowter, Megan E. DeCesar, Paul B. Demorest, Timothy Dolch, Elizabeth C. Ferrara, William Fiore, Emmanuel Fonseca, Gabriel E. Freedman, Nate Garver-Daniels, Peter A. Gentile, Joseph Glaser, Deborah C. Good, Jeffrey S. Hazboun, Mark Huber, Ross J. Jennings, Megan L. Jones, Matthew Kerr, Duncan R. Lorimer, Jing Luo, Ryan S. Lynch, Alexander McEwen, Maura A. McLaughlin, Natasha McMann, Bradley W. Meyers, Cherry Ng, David J. Nice, Timothy T. Pennucci, Benetge B. P. Perera, Nihan S. Pol, Henri A. Radovan, Scott M. Ransom, Paul S. Ray, Ann Schmiedekamp, Carl Schmiedekamp, Brent J. Shapiro-Albert, Ingrid H. Stairs, Kevin Stovall, Abhimanyu Susobhanan, Joseph K. Swiggum, Michael A. Tucker, Haley M. Wahl

Última atualização: 2024-08-23 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2407.06482

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2407.06482

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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