Uma estrela densa e colapsante, girando 707 vezes por segundo - o que a torna uma das estrelas de nêutrons mais rápidas da Via Láctea - dilacerou e consumiu o equivalente a quase a sua massa total de uma companheira estelar e, no processo, cresceu até se tornar na estrela de nêutrons mais massiva observada até à data.
© NASA (ilustração de uma estrela de nêutrons e sua companheira)
A massa desta estrela de nêutrons, que atinge 2,35 vezes a massa do Sol, ajuda os astrônomos a compreender o estranho estado quântico da matéria dentro destes objetos densos, que se ficarem muito mais pesados colapsam por completo e desaparecem como um buraco negro.
Uma estrela de nêutrons é como um núcleo gigante, mas quando temos 1,5 massas solares deste material, o que corresponde a cerca de 500.000 massas terrestres destes núcleos todos densamente agrupados, não é de todo claro como se irão comportar. As estrelas de nêutrons são tão densas - 16 cm³ tem mais de 10 bilhões de toneladas - que os seus núcleos são a matéria mais densa do Universo, sem contar com os buracos negros.
A estrela de nêutrons, um pulsar designado PSR J0952-0607 é, portanto, o objeto mais denso visível a partir da Terra. A medição da massa da estrela de nêutrons foi possível graças à sensibilidade extrema do telescópio Keck I de 10 metros em Maunakea, Havaí, que apenas conseguiu obter um espectro, no visível, da estrela companheira, agora reduzida ao tamanho de um grande planeta gasoso. As estrelas ficam a cerca de 3.000 anos-luz da Terra na direção da constelação de Sextante. Descoberto em 2017, PSR J0952-0607 é referido como um pulsar "viúva negra".
Ao combinar esta medição com as de outras viúvas negras, os astrônomos mostraram que as estrelas de nêutrons devem atingir pelo menos esta massa, 2,35 +/- 0,17 massas solares. Por sua vez, isto proporciona alguma das mais fortes restrições à propriedade da matéria em várias vezes a densidade vista nos núcleos atômicos. Muitos outros modelos populares de física de matéria condensada são excluídos por este resultado. Se o valor de 2,35 massas solares estiver, efetivamente, perto do limite superior para as estrelas de nêutrons, como os pesquisadores dizem, então é provável que o interior seja uma sopa de nêutrons bem como de quarks "up" ou "down" - os constituintes de prótons e nêutrons normais, mas não matéria exótica, tais como quarks "estranhos" ou káons, que são partículas que contêm um quark estranho.
Quão grandes podem ficar? Quando uma estrela com um núcleo maior do que cerca de 1,4 massas solares colapsa no final da sua vida, forma um objeto denso e compacto com um interior sob uma pressão tão elevada que todos os átomos são esmagados para formar um mar de nêutrons e dos seus constituintes subnucleares, quarks. Estas estrelas de nêutrons nascem com rotação e, embora demasiado fracas para serem vistas no espectro óptico, revelam-se como pulsares, emitindo feixes de radiação na forma de ondas de rádio, raios X ou mesmo raios gama.
Os pulsares giram e piscam cerca de uma vez por segundo, em média, uma velocidade que pode ser facilmente explicada dada a rotação normal de uma estrela antes do seu colapso. Mas alguns pulsares repetem-se centenas ou até 1.000 vezes por segundo, o que é difícil de explicar, a menos que a matéria tenha caído sobre a estrela de nêutrons e a tenha acelerado. Mas para alguns pulsares de milissegundo, não é visível qualquer companheira. Uma possível explicação para os pulsares de milissegundo isolados é que cada um deles já teve uma companheira estelar, mas que a despojou até nada restar.
À medida que a estrela companheira evolui e começa a tornar-se uma gigante vermelha, o material "transborda" para a estrela de nêutrons e isso faz acelerar a sua rotação. Torna-se agora incrivelmente energizada e um vento de partículas começa a sair da estrela de nêutrons. Esse vento atinge a estrela doadora, começa a retirar material e, com o tempo, a massa da estrela doadora diminui para a de um planeta. E, se ainda mais tempo passar, desaparece por completo. E é assim que se podem formar pulsares de milissegundo solitários. O pulsar PSR J0952-0607 e a sua fraca estrela companheira apoiam esta história de origem para os pulsares de milissegundo.
No caso deste sistema binário, a estrela companheira, agora com apenas 20 vezes a massa de Júpiter, é distorcida pela massa da estrela de nêutrons e tem bloqueio de maré, semelhante à forma como a nossa Lua mostra apenas um lado à Terra. O lado virado para a estrela de nêutrons é aquecido a temperaturas de 6.200 K, um pouco mais quente do que o nosso Sol, e apenas brilhante o suficiente para se ver com um grande telescópio.
Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.
Fonte: W. M. Keck Observatory
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