Fermi LAT localiza 15 novos pulsares para o MeerKAT

O Fermi Large Area Telescope (LAT) oferece vantagens significativas para as buscas de pulsares ao localizar fontes de raios gama não identificadas com alta precisão, permitindo que pesquisadores direcionem radiotelescópios como o Radiotelescópio MeerKAT para coordenadas específicas. Essa sinergia revolucionou o campo ao estreitar a área de busca de todo o céu para alguns milhares de candidatos "semelhantes a pulsares". Ao identificar fontes que emitem raios gama, mas carecem de uma contraparte de rádio conhecida, os astrônomos podem descobrir novos pulsares de milissegundo (MSPs) de forma eficiente e contribuir para o crescente catálogo de objetos cósmicos de alta energia que são essenciais para a detecção de ondas gravitacionais.

Quantos novos pulsares foram descobertos no levantamento TRAPUM UHF?

O levantamento TRAPUM UHF identificou 15 novos pulsares através de uma busca direcionada de 79 fontes de raios gama não identificadas usando o Radiotelescópio MeerKAT. Essas descobertas incluem nove pulsares de milissegundo (MSPs) de rotação rápida e seis pulsares lentos, expandindo significativamente a população conhecida dessas estrelas de nêutrons exóticas e confirmando que sete dos MSPs estão diretamente associados a fontes do Fermi-LAT.

A pesquisa foi realizada pela colaboração Transients and Pulsars with MeerKAT (TRAPUM), uma equipe internacional que utiliza o poder do conjunto do Radiotelescópio MeerKAT sul-africano. Liderada por pesquisadores como Ramesh Karuppusamy, Michael Kramer e Francesca Calore, a equipe empregou uma técnica de aprendizado de máquina random forest para analisar o Quarto Catálogo de Fontes do Fermi-LAT. Este método permitiu selecionar candidatos que exibiam as propriedades espectrais características de pulsares antes de comprometer tempo de observação de rádio de alta resolução.

Cada um dos 79 alvos foi observado por 10 minutos em duas épocas distintas para garantir a validade das detecções. Essa estratégia não apenas rendeu 15 novos objetos, mas também permitiu a cronometragem conjunta de pulsares em rádio e raios gama. Ao alinhar os pulsos de rádio com os dados de raios gama do telescópio espacial Fermi, a equipe conseguiu confirmar a associação física entre as estrelas de nêutrons emissoras de rádio e as emissões de raios gama de alta energia detectadas em órbita.

Como o receptor UHF se compara à banda L na detecção de pulsares?

O receptor de Ultra-Alta Frequência (UHF) do Radiotelescópio MeerKAT, operando entre 544 e 1088 MHz, demonstrou sensibilidade superior para pulsares mais fracos em comparação com as buscas tradicionais em banda L. Ao utilizar frequências mais baixas, o levantamento TRAPUM alcançou uma taxa de detecção mais alta para novos pulsares de milissegundo de raios gama, provando que a banda UHF é mais eficaz para revelar sinais sutis que podem estar obscurecidos em frequências mais altas.

A metodologia envolveu uma comparação direta entre levantamentos anteriores em banda L (que operam em frequências mais altas, em torno de 1284 MHz) e os novos dados em UHF. Os resultados indicaram que a banda UHF é particularmente adequada para encontrar pulsares com índices espectrais íngremes — aqueles que são muito mais brilhantes em frequências mais baixas. Esta vantagem técnica é crucial para identificar pulsares "fracos" que podem ter sido anteriormente ignorados por equipamentos menos sensíveis ou levantamentos de frequência mais alta.

• Faixa de Frequência: UHF (544-1088 MHz) vs. Banda L (~1284 MHz).
• Sensibilidade: Detecção aprimorada de objetos com baixa densidade de fluxo.
• Eficiência: Maior taxa de descoberta por hora de observação para candidatos de raios gama.
• Meio Interestelar: Capacidade aprimorada de mitigar os efeitos de dispersão e espalhamento para certas classes de pulsares.

Canibais Cósmicos: A Descoberta dos Pulsares Aranha

Pulsares aranha são sistemas binários raros onde um pulsar de milissegundo erode sistematicamente sua estrela companheira através de radiação intensa e ventos de partículas de alta energia. Esses sistemas são categorizados com base na massa da estrela companheira: as Viúvas Negras (Black Widows) apresentam companheiras de massa extremamente baixa (menos de 0,1 massas solares), enquanto os Redbacks envolvem estrelas companheiras mais pesadas e substanciais que frequentemente eclipsam o sinal de rádio do pulsar.

Entre os nove pulsares de milissegundo descobertos no levantamento TRAPUM, os pesquisadores identificaram três Viúvas Negras e três Redbacks. Essas descobertas são particularmente significativas porque os pulsares aranha fornecem um laboratório único para estudar o processo de "reciclagem", onde um pulsar acelera sua rotação para períodos de milissegundos ao acretar matéria de seu parceiro. O intenso vento de pulsar nesses sistemas eventualmente começa a evaporar a companheira, levando a uma dramática dança da morte cósmica que pode, por fim, deixar o pulsar isolado.

A descoberta desses seis sistemas aranha foi reforçada pela observação de eclipses de rádio. Nessas instâncias, o gás que está sendo arrancado da estrela companheira cria uma cobertura que bloqueia periodicamente os pulsos de rádio antes que cheguem à Terra. Ao medir esses eclipses e estimar a massa da companheira, Ramesh Karuppusamy e a equipe podem entender melhor as taxas de sobrevivência de estrelas em proximidade próxima a estrelas de nêutrons.

Quais são as implicações para a Física das Estrelas de Nêutrons?

A descoberta destes 15 pulsares fornece dados críticos para a compreensão das trajetórias evolutivas de sistemas binários e da física extrema da matéria das estrelas de nêutrons. Ao vincular observações de rádio com dados de raios gama, os cientistas podem refinar modelos de mecanismos de emissão de pulsares e explorar como esses objetos transitam de estrelas de rotação lenta para os pulsares de milissegundo ultrarrápidos usados na pesquisa de ondas gravitacionais.

A astronomia multiespectral é essencial para uma visão completa do universo. A capacidade de realizar cronometragem conjunta em todo o espectro eletromagnético permite uma precisão sem precedentes na medição da rotação e da dinâmica orbital dessas estrelas. Essa precisão é vital para a eventual detecção do fundo de ondas gravitacionais de nano-hertz, uma vez que um conjunto maior e mais diversificado de pulsares cronometrados aumenta a sensibilidade dos Pulsar Timing Arrays globais.

Além disso, a variedade da população encontrada — variando de pulsares lentos a MSPs altamente energéticos — destaca a diversidade do Quarto Catálogo de Fontes do Fermi-LAT. Isso sugere que muitas das fontes de raios gama ainda não identificadas em nossa galáxia são provavelmente estrelas de nêutrons aguardando para serem descobertas pela próxima geração de receptores de rádio sensíveis.

O que vem a seguir para o Levantamento TRAPUM e para o MeerKAT?

Observações futuras focarão na cronometragem de longo prazo dessas novas descobertas para mapear precisamente suas órbitas e buscar efeitos relativísticos adicionais. O levantamento TRAPUM continua a escanear o céu, com o Radiotelescópio MeerKAT servindo como um precursor primário para o Square Kilometre Array (SKA), que eventualmente se tornará o maior e mais sensível radiotelescópio do mundo.

O sucesso do levantamento UHF sugere que a mudança para observações de frequências mais baixas pode render ainda mais descobertas em regiões da galáxia anteriormente consideradas vazias. Os pesquisadores planejam expandir a busca para incluir ainda mais candidatos dos catálogos do Fermi-LAT, potencialmente revelando a população "perdida" de pulsares que atualmente escapa aos nossos limites de detecção atuais. À medida que Michael Kramer e outros colaboradores refinam seus algoritmos de busca, a sinergia entre telescópios de raios gama espaciais e conjuntos de rádio terrestres permanecerá o padrão ouro para a descoberta de pulsares.