Descoberta la clau de l’estrany comportament d’un púlsar

• PSR J1023+0038 és un tipus especial de púlsar que es troba a 4.500 anys llum, a la constel·lació del Sextant, orbitant  de prop un altre estel
• Aquest púlsar alterna entre dos  modes de brillantor: un durant el qual emet raigs X brillants, llum ultraviolada i llum visible i un altre d’emissió de llum més tènue i més ones de ràdio
• Aquesta alternança desconcertava fins ara la comunitat astronòmica

Un equip internacional d’astrònoms ha descobert l’origen de l’estrany comportament d’un púlsar —un estel mort que gira a molt alta velocitat— que canvia entre dos modes de brillantor gairebé constantment. Gràcies a una campanya d’observació amb 12 telescopis (terrestres i espacials), incloses tres instal·lacions de l’Observatori Europeu Austral (ESO), l’equip ha detectat que aquests canvis es deuen a unes ejeccions sobtades de matèria per part del púlsar durant períodes molt curts.

A l’estudi, publicat avui a la revista Astronomy & Astrophysics, hi participen de forma destacada els membres de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) Francesco Coti Zelati i Diego F. Torres, investigadors de l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC). 

«Hem estat testimonis d’esdeveniments còsmics extraordinaris on enormes quantitats de matèria, similars a bales de canó còsmiques, són llençades a l’espai en un lapse de temps molt breu de desenes de segons des d’un objecte celeste petit i dens que gira a velocitats increïblement altes», declara Maria Cristina Baglio, investigadora de la Universitat de Nova York a Abu Dhabi, afiliada a l’Institut Nacional Italià d’Astrofísica (INAF) i autora principal de l’article.

Un púlsar és un estel mort, magnètic i de rotació ràpida que emet un feix de radiació electromagnètica cap a l’espai. A mesura que gira, aquest feix creua el cosmos —igual que el feix de llum d’un far— i la comunitat astronòmica el detecta quan es creua amb la seva línia de visió des de la Terra. Això fa que, des del nostre planeta, la brillantor de l’estrella sembli polsar.

PSR J1023+0038, o J1023 de manera abreujada, és un tipus especial de púlsar amb un comportament estrany. Situat a 4.500 anys llum de distància, a la constel·lació del Sextant, orbita de prop un altre estel. Durant la darrera dècada, el púlsar ha anat sostraient activament material d’aquest estel company. Aquest material s’ha anat acumulant en un disc al voltant del púlsar i va caient lentament cap a ell.

Des que el procés d’acumulació de matèria va començar, el feix de llum pràcticament va desaparèixer i el púlsar va començar a canviar de forma intermitent entre dos modes. En el mode ‘alt’, el púlsar emet raigs X brillants, llum ultraviolada i llum visible, mentre que en el mode ‘baix’ és més tènue en aquestes freqüències i emet més ones de ràdio. El púlsar pot romandre en cada mode durant diversos segons o minuts i després canviar a l’altre en tan sols uns segons. Aquests canvis haviendesconcertat fins ara la comunitat astronòmica.

«La nostra campanya d’observació sense precedents, desenvolupada per comprendre el comportament d’aquest púlsar, va involucrar una dotzena de telescopis terrestres i espacials d’avantguarda», diu Francesco Coti Zelati, investigador de l’ICE-CSIC i l’IEEC i coautor principal de l’estudi. «Hem descobert que el canvi de mode prové d’una interacció intrincada entre el vent de púlsar, un flux de partícules d’alta energia que s’allunyen del púlsar, i la matèria que flueix cap al púlsar», afegeix.

La campanya va comptar amb el Very Large Telescope (VLT) i amb el New Technology Telescope (NTT) de l’ESO per detectar llum visible i infraroja propera, així com amb l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del qual l’ESO n’és soci. Durant dues nits de juny de 2021, van observar que el sistema realitzava més de 280 canvis entre els seus modes  ‘alt’ i ‘baix’.

En el mode ‘baix’, la matèria que flueix cap al púlsar és expulsada en la forma d’un estret raig perpendicular al disc. Gradualment, aquesta matèria s’acumula cada vegada més a prop del púlsar i, a mesura que això succeeix, és colpejada pels vents que bufen des de l’estel polsant, cosa que fa que la matèria s’escalfi. Això provoca que el sistema passi al mode ‘alt’, brillant intensament en raigs X, ultraviolats i llum visible. Finalment, aquestes masses de matèria calenta són eliminades pel púlsar a través del raig. Amb menys matèria calenta al disc, el sistema brilla amb menys intensitat i torna al mode ‘baix’.

Tot i que aquest descobriment ha revelat el misteri de l’estrany comportament de J1023, la comunitat astronòmica encara té molt per aprendre de l’estudi d’aquest sistema únic i els telescopis d’ESO continuaran ajudant en l’observació d’aquest peculiar púlsar. En particular, l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO, actualment en construcció a Xile, oferirà una vista sense precedents dels mecanismes de commutació de J1023.

Nota de premsa elaborada en col·laboració amb l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC).

Aquesta recerca es presenta en un article titulat «Matter ejections behind the highs and lows of the transitional millisecond pulsar PSRJ1023+0038», de M.C. Baglio, F. Coti Zelati, et al., que va aparèixer a la revista Astronomy & Astrophysics el 30 d’agost de 2023.

• IEEC
• ICE-CSIC
• Vídeo sobre la contribució dels telescopis de l’ESO al descobriment 
• Animació del púlsar PSR J1023+0038

Contactes

Autor Principal a l’IEEC

Barcelona, Espanya

Francesco Coti Zelati

Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC)
Correu electrònic: cotizelati@ieec.cat; cotizelati@ice.csic.es