Pulsars de Milissegundos Transicionais: Um Novo Olhar

Os pulsars milissegundos transicionais (tMSPs) são um grupo único de objetos cósmicos. Eles conectam dois tipos de corpos celestes: binários de Raios X de baixa massa e pulsars de rádio milissegundos. Esses pulsars trocam entre dois estados diferentes: um onde emitem ondas de rádio e outro onde criam um disco de raios X de baixa luminosidade. Essa troca acontece em intervalos imprevisíveis, geralmente em semanas ou meses.

O famoso tMSP PSR J1023 0038 foi descoberto em 2007. Ele tem uma rotação bem rápida, girando em 1,69 milissegundos. Esse pulsar orbita uma estrela companheira pequena, completando seu caminho a cada 4,75 horas. Em 2013, os observadores notaram um aumento repentino de brilho em várias comprimentos de onda, incluindo luz de raios X e raios gama, além de sinais ultravioleta e ópticos. O sinal de rádio desapareceu durante esse período, sugerindo uma mudança em seu estado.

#Observações e Métodos de Pesquisa

Em junho de 2021, pesquisadores realizaram uma campanha de observação abrangente do PSR J1023 0038. O estudo utilizou 12 telescópios e instrumentos diferentes, cobrindo uma ampla gama de comprimentos de onda, desde ondas de rádio até raios X. Essa foi a maior esforço de observação para esse pulsar até agora.

A campanha foi dividida em duas noites. A primeira noite envolveu observações com instrumentos como o XMM-Newton e o Telescópio Espacial Hubble. A segunda noite teve observações do NICER e do Telescópio Very Large. Cada instrumento capturou diferentes aspectos da atividade do pulsar, permitindo uma análise multifacetada.

#Descobrindo a Mudança de Modos

Durante as observações, os pesquisadores notaram que o brilho de raios X mudava entre dois modos: alto e baixo. Esses modos eram caracterizados por diferentes níveis de brilho e intervalos de flares. O pulsar passou cerca de 70-80% do tempo de observação no modo alto, enquanto o modo baixo representou apenas 20-30%.

No modo alto, raios X, luz ultravioleta e luz óptica estavam todos presentes. Em contraste, esses sinais desapareceram durante o modo baixo. Os pesquisadores também observaram cintilações e flares na luz óptica e no infravermelho próximo, particularmente associados ao disco de acreção e à estrela companheira.

#Um Olhar Mais Aprofundado sobre os Padrões de Emissão

O estudo se concentrou em entender por que essas mudanças de modo ocorrem. Ao criar modelos das emissões de luz durante ambos os estados, os pesquisadores descobriram que as mudanças provavelmente eram devido a alterações na área mais interna do disco de acreção ao redor do pulsar.

As emissões durante o modo alto estavam ligadas a ejeções de massa discretas ocorrendo acima de um jato compacto, que é um fluxo estreito de material se afastando do pulsar. Isso foi evidenciado por flares milimétricos detectados durante as transições entre os modos alto e baixo, marcando os momentos de ejeção de massa.

#Emissão de Rádio e Desafios

Os pesquisadores enfrentaram desafios significativos ao procurar por emissões de rádio durante essa campanha. Os resultados mostraram sinais de rádio brilhantes e variáveis durante episódios de modo X-ray baixo. No entanto, pulsos de rádio-os sinais regulares normalmente esperados de um pulsar-não foram detectados em nenhum dos modos. Os limites superiores na densidade de fluxo de rádio pulsatória eram várias ordens de magnitude mais baixos do que o esperado no estado de pulsar de rádio.

Essa falta de detecção levanta questões sobre possíveis razões. Uma teoria é que a presença de um disco de matéria ao redor do pulsar poderia obscurecer suas emissões de rádio. Assim, pode haver uma quantidade enorme de material sendo ejetada sem alcançar a superfície do pulsar.

#O Fluxo de Matéria no Sistema

Entender como a matéria flui dentro do sistema é crucial para explicar o comportamento observado. Durante o modo alto, o material que chega no disco de acreção se expande, levando a um choque que produz a maior parte das emissões de raios X. Ventos do pulsar, feitos de partículas carregadas de alta energia, penetram nesse disco e colidem com a matéria que chega, produzindo um jato compacto.

Quando o sistema muda para o modo baixo, o material do disco pode ser expelido, causando uma queda no brilho e o fim dos pulsos ópticos e de raios X. O vento do pulsar continua a funcionar, gerando um jato que contribui para as emissões, embora de uma maneira diferente em comparação com o modo alto.

#Emissões Milimétricas e Sua Importância

Emissões milimétricas do PSR J1023 0038 foram detectadas pela primeira vez durante essa campanha. Essas emissões indicam a presença de um jato e sugerem interações complexas na matéria ao redor. As medições revelaram uma variabilidade substancial, com alguns picos indicando explosões significativas de energia.

O estudo também destacou que as emissões milimétricas não se correlacionaram diretamente com o comportamento dos raios X, exceto durante breves eventos de flare. Essa relação complexa complica ainda mais a visão de como essas diferentes emissões interagem.

#A Imagem Física da Mudança de Modos

A sequência de eventos que ocorre durante as transições entre os modos alto e baixo revela uma imagem física detalhada. Quando está no modo alto, o disco de acreção interage ativamente com o vento do pulsar, criando emissões variadas em diferentes comprimentos de onda. O sistema parece alternar entre um estado constante de acreção e ejeções de massa explosivas.

As ejeções de massa são vistas como eventos discretos que marcam a transição do modo alto para o baixo. O jato e os ventos do pulsar desempenham papéis essenciais na condução dessas ejeções, e as emissões resultantes fornecem insights sobre a dinâmica envolvida. Eventualmente, o fluxo de material do disco de acreção retorna, restabelecendo condições que permitem a atividade do modo alto novamente.

#Conclusão e Direções Futuras

As descobertas dessa extensa campanha de observação avançam significativamente nosso entendimento sobre pulsars milissegundos transicionais e seus comportamentos únicos. As interações entre o pulsar, seu disco de acreção e a matéria ao redor ilustram as complexidades desses sistemas. Estudos em andamento continuarão a explorar esses fenômenos e fornecer mais insights sobre o comportamento dos pulsars e seus ambientes.

Os futuros esforços de pesquisa devem focar em técnicas de observação aprimoradas para capturar ainda mais detalhes e refinar os modelos usados para entender esses sistemas dinâmicos. Observando mais tMSPs e sistemas semelhantes, os pesquisadores esperam descobrir verdades mais profundas sobre os mecanismos que impulsionam esses eventos cósmicos extraordinários.