Un misteriós púlsar desafia les teories existents
El descobriment s'ha dut a terme com a part d'una campanya d'observació de dos dies iniciada el 2017 per l'observatori de raigs X de l'ESA XMM-Newton i altres telescopis. El grup d'investigadors de l'IEEC a l'ICE (CSIC) —Francesco Coti Zelati, Nanda Rea, Santiago Serrano i Diego Torres— ha participat tant en les observacions òptiques com en les de ràdio, utilitzant, entre d’altres, l'Observatori Astronòmic del Montsec (OAdM) gestionat per l’IEEC. La combinació de diverses instal·lacions espacials i terrestres [1] ha permès a l'equip internacional d'astrònoms mesurar amb una molt alta resolució temporal els dos tipus de radiació procedents del púlsar ultraràpid.
El púlsar analitzat en aquest estudi, conegut com PSR J1023+0038 [2], gira al voltant del seu eix en unes poques mil·lèsimes de segon. Aquests púlsars es classifiquen com púlsars de mil·lisegons, alguns dels quals també acreten matèria d'una estrella companya, com és el cas d'aquest púlsar.
Estudis anteriors havien demostrat que aquest púlsar pertany a la rara categoria dels anomenats «púlsars de mil·lisegons de transició» que canvien periòdicament entre dues maneres diferents d'emissió: en raigs X i en ones de ràdio.
Segons el model principal que explica aquest comportament, l'acreció de matèria de l'estrella companya dóna lloc a les emissions polsants de raigs X, mentre que es creu que el senyal de ràdio és el resultat de la rotació del camp magnètic del púlsar.
No obstant això, altres observacions del PSR J1023+0038 han revelat que podria ser necessària una explicació totalment diferent per entendre aquesta mena de fonts.
«El PSR J1023+0038 és el primer púlsar de mil·lisegons descobert amb pulsacions també a la banda òptica», comenta Alessandro Papitto de l'INAF a Roma, Itàlia, autor principal del nou estudi.
Les últimes dades mostren que els polsos òptics del PSR J1023+0038 apareixen i desapareixen exactament al mateix temps que els de raigs X.
Els models convencionals no podien explicar els polsos sincronitzats, de manera que l'equip va haver identificar un nou escenari que pogués explicar les noves dades. L'investigador de l'IEEC Diego Torres forma part del grup que va proposar aquest nou model per explicar la detecció, alhora que destacava l'existència d'un petit retard entre les dues emissions, que encara no s'ha confirmat observacionalment.
«Fins ara, pensàvem que les emissions de les pulsacions en raigs X s'originaven en un procés diferent al de les pulsacions de radiació òptica. També esperàvem que aquests processos tinguessin lloc un darrere l'altre, però no és el cas de PSR J1023 + 0038. Els polsos sincronitzats són una indicació de que tenen el mateix origen», diu Diego Torres.
El nou model estableix que el púlsar pot estar emetent un fort vent electromagnètic, que posteriorment interactua amb el disc d'acreció al voltant del sistema. A mesura que el vent del púlsar xoca amb la matèria del disc d'acreció, crea un xoc massiu que accelera els electrons en el vent a velocitats extremadament altes. Els electrons interactuen llavors amb el camp magnètic del vent, produint potents feixos de radiació de sincrotró que poden observar-se al mateix temps en les bandes òptica i de raigs X. Tot això passaria a una distància molt propera del púlsar, donant lloc al concepte de mininebulosa de vent del púlsar.
«El púlsar de transició PSR J1023+0038 és una de les fonts més interessants que coneixem. La seva variabilitat multifreqüència és increïblement rica, i ens permet estudiar la relació entre el camp magnètic i la matèria en condicions extremes», conclou Torres, mentre espera amb interès possibles observacions addicionals amb futures tecnologies.
Per a més informació sobre aquest estudi, llegiu el comunicat de premsa de l'ESA o l'article científic titulat «Pulsating in unison at optical and X-ray energies: Simultaneous high-time resolution observations of the transitional millisecond prémer PSR J1023 + 0038», d'a Papitto, F. Ambrosino, L. Stella, DF Torres, F. Coti Zelati et al., que es publica a la revista The Astrophysical Journal.
Notes
[1] L'estudi combina observacions de raigs X dels observatoris XMM-Newton de l'ESA i NuSTAR i NICER de la NASA amb observacions ultraviolades de la sonda Swift de la NASA, observacions òptiques del Telescopi Nacional Galileu (TNG) de l'INAF, equipat amb el fotòmetre SiFAP, i del Telescopi Òptic Nòrdic (NOT), tots dos situats a l'Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma, Illes Canàries, Espanya), així com del Telescopi Joan Oró (TJO), ubicat a l'Observatori del Montsec al Prepirineu català, i observacions infraroges del Gran Telescopi Canàries (GTC), també a l'illa de la Palma.
[2] Els púlsars són estrelles de neutrons altament magnetitzades que giren ràpidament; les relíquies d'estrelles massives. Són objectes molt densos, que comprenen fins a dues vegades la massa del Sol en un radi de tan sols deu quilòmetres.
Imatge
Títol: Púlsar de mil·lisegons de transició PSR J1023+0038
Peu d’imatge: Aquesta il·lustració mostra el púlsar PSR J1023+0038 (representat en blanc, a la dreta), classificat com un púlsar de mil·lisegons per la seva ràpida rotació, girant al voltant del seu eix en unes poques mil·lèsimes de segon. El púlsar és també part d'un sistema estel·lar binari, que acreta matèria de la seva estrella companya (representada en vermell, a l'esquerra) a través d'un disc d'acreció (també en vermell). La il·lustració no és a escala; en realitat, l'estrella de neutrons és molt més petita que l'estrella companya.
Crèdit: ESA
Enllaços
Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona, Espanya
Rosa Rodríguez Gasén
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat
Autor Principal a l’ICE
Barcelona, Espanya
Diego Torres
Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC)
Correu electrònic: dtorres@ice.csic.es