Colisão de estrelas de nêutrons

Uma equipe de cientistas realizou a mais precisa simulação da colisão de duas estrelas de nêutrons até agora.

© NASA (simulação da colisão de estrealas de nêutrons)

Para o efeito foram necessárias quase sete semanas de cálculos intensivos realizados no “cluster” de computadores denominado Damiana, no Instituto Albert Einstein em Potsdam, na Alemanha. Os cálculos permitem descrever 35 milisegundos de uma fase crítica da colisão de duas estrelas de nêeutrons e demonstram que este fenômeno pode ser responsável por parte, talvez a maioria, das erupções de raios gama (“Gamma Ray Bursts”, GRBs) de curta duração.

As erupções de raios gama consistem em “flashes” intensos de radiação gama com uma duração de alguns milisegundos até vários minutos e com uma distribuição aparentemente uniforme na esfera celeste. Desde a sua descoberta em 1967 que constituem um dos grandes mistérios da astrofísica.

Existem duas classes de erupções. A primeira classe corresponde a erupções com a duração de pelo menos 2 segundos. No final da década de 90 demonstrou-se que estas erupções estão associadas a supernovas ocorrendo em galáxias com uma formação estelar vigorosa. Os raios gama provêm, aparentemente, de algum processo que ocorre durante o colapso gravitacional das estrelas, possivelmente a formação de um buraco negro acompanhado da formação de jatos de matéria energizados por fortíssimos campos magnéticos. Os detalhes deste processo são alvo de intenso debate científico.

A origem da segunda classe de erupções, com menos de 2 segundos de duração e emitindo raios gama mais energéticos (duros), permanece um mistério. Foram observados vários exemplos e constatou-se que ocorrem em galáxias onde a formação estelar é incipiente ou inexistente, o que claramente aponta para um mecanismo subjacente diferente da classe anterior. O fenômeno mais apontado como estando na origem das erupções de raios gama desta classe é a colisão de duas estrelas de nêutrons num sistema binário. No entanto, só agora foi possível realizar os cálculos que demonstram que este cenário é realmente possível.

A simulação agora realizada começa com duas estrelas de nêutrons orbitando a cerca de 18 quilômetros de distância. Cada estrela tem apenas 27 quilômetros de diâmetro, uma massa de 1,5 vezes a do Sol e um campo magnético um bilhão de vezes mais intenso que o do Sol. O campo magnético é representado por estruturas filamentares no interior das esferas. As estrelas aproximam-se cada vez mais rapidamente devido à perda de energia orbital através da emissão de ondas gravitacionais. Em menos de 8 milisegundos as estrelas acabam por colidir e formam, muito brevemente, uma estrela de nêutrons com uma massa que excede um limite crítico (designado de Tolman-Oppenheimer-Volkoff). Esta colapsa quase de imediato com a formação de um buraco negro com 2,9 vezes a massa do Sol. O buraco negro recém-criado, com um horizonte de eventos de apenas 10 quilômetros, fica imerso em matéria super densa a temperaturas superiores a 18 bilhões de Kelvin.

Com a colisão e a formação do buraco negro, os campos magnéticos fortíssimos das estrelas de nêutrons originais são combinados e o campo resultante é fortemente amplificado. O material referido, movendo-se quase à velocidade da luz em torno do buraco negro, instantes antes de ultrapassar o horizonte de eventos, continua a amplificar o campo magnético e organiza as linhas do campo, permitindo a fuga de partículas carregadas ao longo de estreitos funis alinhados com o eixo de rotação do buraco negro, onde parte do material consegue escapar do horizonte de eventos libertando quantidades copiosas de raios gama.

Fonte: NASA