Descoberto pulsar e estrela de hélio orbitando entre si

Astrônomos avistaram uma rara dupla cósmica: uma estrela de nêutrons que gira quase cem vezes por segundo, presa em uma órbita muito estreita com uma estrela semi-fragmentada.

© NASA (pulsar extrai material de sua companheira)

Os cientistas que encontraram a dupla afirmam que uma dessas estrelas engoliu a outra inteira e a cuspiu de volta. É a primeira descoberta de um pulsar de milissegundos com uma estrela companheira de hélio, um tipo de sistema há muito previsto por algumas teorias, mas nunca observado até agora.

Pulsares são estrelas de nêutrons que emitem feixes de radiação de seus polos; à medida que giram, esses feixes varrem a Terra, sendo registrados como breves picos por radiotelescópios. Pulsares de milissegundos, especificamente, são pulsares que giram centenas de vezes por segundo.

Este exótico sistema estelar foi descoberto em uma pesquisa realizada pelo Telescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros (FAST) da China, o maior radiotelescópio de antena única do mundo. A equipe encontrou o pulsar, designado PSR J1928+1815, em maio de 2020 e o observou novamente no final daquele ano. 

O acompanhamento revelou que ele orbita um companheiro muito próximo, separado por aproximadamente a mesma distância que o Sol está da borda externa do cinturão de asteroides. Mas enquanto objetos no cinturão principal normalmente levam vários anos para orbitar o Sol, o pulsar recém-descoberto orbita seu companheiro em apenas 3,6 horas.

O sistema binário nasceu como duas estrelas regulares orbitando uma à outra, nada incomum em nossa galáxia, onde a maioria das estrelas faz parte de um sistema binário. Mas as estrelas evoluem; à medida que cada membro de um sistema binário queima seu combustível nuclear, ele passa por mudanças que podem afetar seu parceiro. Neste caso, a estrela mais pesada do par consumiu seu combustível mais rapidamente e explodiu em uma supernova, e o núcleo restante foi esmagado para formar uma estrela de nêutrons. Enquanto isso, a estrela mais leve envelheceu um pouco mais lentamente, inchando gradualmente. Como as duas estavam próximas, a estrela de nêutrons começou a sugar material de sua companheira, acelerando à medida que mais e mais material caía sobre ela. À medida que perdia massa, a gravidade que mantinha a companheira unida enfraquecia, então ela inchou ainda mais. O processo alterou as órbitas das estrelas, aproximando-as. Isso apenas acelerou o inchaço da estrela companheira, ela ficou tão grande que suas camadas externas engolfaram a estrela de nêutrons.

As estrelas estão destinadas a se fundir, formando um único objeto denso, ou explodir seus topos. À medida que a estrela de nêutrons atravessava o gás das camadas externas de sua companheira, o atrito desacelerava sua órbita, embora sua rotação estivesse sempre aumentando à medida que continuava a abocanhar material. Ela espiralou para dentro, transferindo energia para o gás circundante. Isso, juntamente com o aquecimento por atrito ajudou a injetar energia suficiente para explodir as camadas externas da estrela companheira ao longo de cerca de 1.000 anos, consumindo hidrogênio e restando principalmente o hélio que a estrela já havia fundido em seu centro.

Há um problema potencial com a descoberta. Existe uma lei física que diz que, se um sistema binário perde mais da metade de sua massa, o sistema se torna desvinculado. Quando a estrela mais massiva explodiu e se tornou uma estrela de nêutrons, isso provavelmente ejetou mais da metade da massa total do par, então as estrelas deveriam ter se afastado.

As explosões de supernovas que criam estrelas de nêutrons nem sempre explodem uniformemente, o que pode fazer com que as estrelas de nêutrons se dispersem em direções aleatórias. Nesse caso, esse impulso pode ter ocorrido para enviar a estrela de nêutrons em direção à sua companheira. Isso poderia explicar como o par permaneceu unido.

A estrela de hélio pode se expandir e doar ainda mais material para o pulsar, girando-o e emitindo raios X do material capturado. Se o pulsar aquecer sua companheira, poderá dissolvê-la. Ou o par pode se aproximar tanto que emita ondas gravitacionais de amplitudes detectáveis, ou seja, ondulações no espaço-tempo enquanto orbitam um ao outro. Isso desencadeia um efeito bola de neve, pois a emissão de ondas gravitacionais reduz a energia e o momento angular dos objetos, fazendo com que suas órbitas diminuam que as estrelas se fundirão.

Um artigo foi publicado na revista Science.

Fonte: Astronomy

A causa de uma fratura num segmento galáctico

Os astrônomos descobriram uma explicação provável para uma fratura num enorme segmento cósmico na Via Láctea, utilizando o observatório de raios X Chandra da NASA e radiotelescópios.

© NASA (pulsar e fratura em estrutura)

O segmento cósmico parece ter sido atingido por uma estrela de nêutrons, ou pulsar, que se move rapidamente e gira a grande velocidade. As estrelas de nêutrons são as estrelas mais densas que se conhecem e formam-se a partir do colapso e explosão de estrelas massivas.

Estas estrelas recebem frequentemente um poderoso "pontapé" destas explosões, que as afasta do local da explosão a grande velocidade. Perto do centro da Via Láctea encontram-se estruturas enormes que se assemelham a ossos ou cobras. Estas formações alongadas são vistas no rádio e estão enlaçadas por campos magnéticos que correm paralelamente a elas.

As ondas de rádio são causadas por partículas energizadas que se movem em espiral ao longo dos campos magnéticos. Esta nova imagem mostra um destes segmentos cósmicos, chamado G359.13142-0.20005 (G359.13 para abreviar), com dados de raios X do Chandra (em azul) e dados de rádio da rede MeerKAT na África do Sul (em cinza). Os pesquisadores também se referem a G359.13 como a Serpente.

A análise desta imagem revela a presença de uma quebra, ou fratura, no segmento contínuo de G359.13 visto na imagem. Os dados combinados de raios X e rádio fornecem pistas para a causa desta fratura. Os astrônomos descobriram agora uma fonte de raios X e de rádio no local da fratura, utilizando os dados do Chandra, do MeerKAT e do VLA (Very Large Array).

O provável pulsar responsável por estes sinais de rádio e raios X está rotulado na imagem. Uma possível fonte extra de raios X localizada perto do pulsar pode vir de elétrons e pósitrons (os equivalentes antimatéria dos elétrons) que foram acelerados com altas energias.

Os cientistas pensam que o pulsar terá causado a fratura ao embater contra G359.13 a uma velocidade entre 1,6 e 3,2 milhões de quilômetros por hora. Esta colisão distorceu o campo magnético do segmento, fazendo com que o sinal de rádio também se deformasse. Com cerca de 230 anos-luz de comprimento, G359.13 é uma das estruturas mais longas e brilhantes do seu gênero na Via Láctea. Para contextualizar, existem mais de 800 estrelas a essa distância da Terra. G359.13 está localizada a cerca de 26.000 anos-luz da Terra, perto do centro da Via Láctea.

O artigo científico que descreve estes resultados foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Harvard University

Astrônomos encontram pulsar piscando em câmera lenta

Astrônomos encontraram recentemente um estranho farol, a cerca de 2.600 anos-luz de distância, que parece ser um pulsar piscando em câmera lenta, algo que não deveria ser possível.

© Kevin Gill (ilustração da emissão de rádio por um pulsar)

Os cientistas agora planejam procurar mais desses objetos excêntricos, o que pode ajudar a preencher a lacuna entre os pulsares tradicionais e bem compreendidos de rotação rápida e aqueles poucos que giram mais lentamente. 

Os pulsares são como faróis cósmicos de alta velocidade. Eles são feitos de núcleos densos remanescentes de estrelas massivas que ficaram sem combustível nuclear e se transformaram em supernovas. Após a explosão, o que resta da estrela colapsa numa estrela de nêutrons de 10 quilômetros de diâmetro. 

Como o momento angular original (spin) da estrela é conservado, ser comprimida em um objeto tão pequeno significa que sua rotação acelera, da mesma forma que um patinador gira mais rápido quando recolhe os braços. Os pulsares emitem feixes de radiação de seus polos; esses feixes então varrem o Universo enquanto giram. Se esses feixes apontarem para a Terra, recebemos um flash de luz a cada rotação, normalmente em comprimentos de onda de rádio. 

Os pulsares vibram com precisão de relógio, sendo os mais rápidos piscando dezenas de milhares de vezes por minuto. Mesmo os mais lentos tendem a piscar pelo menos a cada 10 segundos. Mas em 2022, astrônomos encontraram um objeto emitindo pulsos de rádio como um pulsar, mas muito mais lentamente: apenas uma vez a cada 18 minutos. Desde então, cientistas descobriram mais alguns desses objetos, conhecidos como transientes de longo período, com períodos que variam de minutos a horas. 

Você poderia pensar que estes poderiam ser apenas pulsares de rotação muito lenta, mas há um problema com essa explicação. A energia de um pulsar vem de seu movimento giratório. Apesar de sua regularidade, os pulsares estão, na verdade, desacelerando gradualmente, e a energia perdida nessa desaceleração é convertida nos feixes de rádio que eles emitem. Transientes de longo período não podem ser pulsares lentos, porque eles já estão girando tão lentamente que a perda adicional de energia rotacional não é mais suficiente para alimentar feixes tão fortes quanto os que vemos deles.

O ponto em que um pulsar gira muito lentamente para produzir feixes de rádio é chamado de linha de morte do pulsar. Pulsares que caem abaixo dessa linha param de emitir feixes de rádio, então paramos de vê-los como pulsares. Portanto, transientes de longo período não podem ser tão lentos e tão brilhantes se forem causados ​​pelos mesmos mecanismos que os pulsares alimentados rotacionalmente. Alguns ainda podem ser estrelas de nêutrons se comportando de maneiras inesperadas. Outros podem ser objetos completamente diferentes, como anãs brancas ou sistemas binários. 

O pulsar recentemente descoberto, chamado PSR J0311+1402, pode oferecer novas pistas. Com um período de 41 segundos, ele gira muito mais lentamente do que pulsares típicos, mas muito mais rápido do que transientes de longo período. E os astrônomos acreditam que este objeto intermediário pode ser um elo perdido entre as duas populações. 

Cientistas avistaram o estroboscópio estelar com o Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) e acompanharam com outros observatórios de rádio para medir sua luminosidade, período e polarização, todos os quais indicam fortemente que se trata de um pulsar. Mas ele ainda gira muito lentamente para ser alimentado apenas por rotação.

Os astrônomos normalmente encontram pulsares usando um único radiotelescópio grande, que não consegue detectar facilmente flashes com menos de uma frequência a cada 10 segundos, porque os sinais mais lentos são mais fracos e mais facilmente perdidos no ruído de fundo. Transientes de longo período geralmente são encontrados usando conjuntos de múltiplas antenas de rádio trabalhando juntas, um método chamado interferometria. Esse método é menos sensível a pisca-piscas rápidos, porque a combinação dos sinais de vários telescópios leva tempo suficiente para borrar ou até mesmo apagar mudanças rápidas dos dados. Isso deixa pulsares com períodos médios, como o PSR J0311+1402, em um ponto cego para ambos os métodos. 

Mas isso está mudando, como mostra esta descoberta. Agora, os astrônomos estão usando um novo sistema com ASKAP chamado CRACO, que é perfeito para captar objetos nessa faixa ausente. É o sistema que encontrou o PSR J0311+1402 e pode ajudar a descobrir onde os pulsares param e os transientes de longo período começam, ou se eles são mais semelhantes do que se acretida. Responder a essas perguntas ajudará a entender toda a população de estrelas de nêutrons e o que alimenta suas emissões. 

A descoberta, e o mistério que ela ressalta, mostra o quanto ainda temos a aprender sobre o cosmos.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Astronomy

Estrelas movem-se sob a ação de um conjunto de buracos negros

Omega Centauri é um grande aglomerado globular, contendo quase dez milhões de estrelas, na direção da constelação de Centauro, que tem sido estudado para compreender a sua cinemática estelar, os movimentos das suas estrelas sob a ação das forças gravitacionais que atuam sobre elas.

© Ève Barlier (conjunto de buracos negros no centro de aglomerado globular)

Uma equipe de pesquisa do IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias) divulgou um estudo que mostra que um grupo de buracos negros domina os movimentos da sua cinemática estelar. Este resultado pode ser alargado a algumas outras estruturas do Universo e contraria algumas afirmações anteriores sobre o papel dos buracos negros de baixa massa nos movimentos das estrelas dos aglomerados globulares. 

Foram realizados estudos cinemáticos extensivos para determinar a estrutura das galáxias e dos aglomerados de estrelas no Grupo Local, as galáxias mais próximas da Via Láctea. Este estudo específico incidiu sobre o aglomerado globular Omega Centauri, o maior aglomerado globular conhecido na Via Láctea. 

Uma questão muito discutida nos círculos astrofísicos atuais é se existe um buraco negro de massa intermediária neste aglomerado (ou seja, um buraco negro com uma massa entre algumas centenas e algumas centenas de milhares de vezes a massa do Sol) e, em caso afirmativo, quais os seus efeitos globais no aglomerado. 

O estudo do IAC parece ter esclarecido esta questão, ao descobrir que o que está afetando os movimentos internos das estrelas do aglomerado não é um buraco negro de massa intermediária, mas um conjunto de vários buracos negros de massa estelar, que se formam após o colapso de estrelas massivas no fim das suas vidas, e que são muito menores, cada um com uma massa inferior a algumas dezenas de massas solares. 

Esta descoberta abre um novo ponto de vista na observação dos diferentes tipos de buracos negros e do seu papel na evolução estelar. Até à data, é consensual que existem buracos negros supermassivos, com massas superiores a um milhão de massas solares, nos centros das galáxias; como o existente no centro da Via Láctea. Sabe-se também que existem buracos negros com massas muito inferiores, buracos negros de massa estelar, que foram bem observados na nossa Galáxia.

Sabemos que as grandes galáxias têm buracos negros nos seus centros, mas atualmente não sabemos ao certo se o mesmo acontece com as galáxias anãs. Pensa-se que Omega Centauri é uma pequena galáxia que se dividiu quando se fundiu com a Via Láctea. Isto fez com que os astrônomos procurassem um buraco negro central neste aglomerado, que poderia talvez explicar algumas das suas propriedades mais complicadas, o que constituiria um avanço significativo na nossa compreensão da sua formação e evolução. De fato, a existência de buracos negros de massa intermediária não é certa, porque até agora as observações só confirmaram a existência de buracos negros de massa estelar, até algumas dezenas de massas solares. 

A existência ou não existência de buracos negros de massa intermediária é importante porque são um elo em falta previsto pelos modelos de formação de buracos negros supermassivos. A questão da presença de um buraco negro de massa intermediária em Omega Centauri tem sido debatida há quase duas décadas, com uma série de estudos sugerindo a sua presença, com base na cinemática das suas estrelas. A questão de saber se contém um buraco negro de massa intermediária ou uma população de buracos negros de massa estelar e outros remanescentes estelares tem sido intensamente investigada, principalmente devido à possibilidade de Omega Centauri ser o resultado da fusão de uma galáxia anã com a Via Láctea.

Entre as novidades deste estudo está a utilização das acelerações dos pulsares como uma restrição adicional à cinemática do aglomerado. Os pulsares são estrelas de nêutrons que giram a uma frequência regular, emitindo um sinal com um período muito curto que podemos medir com muita precisão. Quando os pulsares fazem parte de uma galáxia, ou neste caso de um aglomerado globular, sofrem uma aceleração que podemos medir através das variações deste sinal periódico. Trata-se de uma manifestação do chamado efeito Doppler.

Este resultado mostra a eficácia desta nova metodologia que, usando cinemática estelar e observações de pulsares, com modelação extensiva, pode ser usada para explorar a estrutura de aglomerado estelares, estabelecendo um precedente promissor no contexto de um campo em rápido crescimento de observações e descobertas.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias

Dez novas estrelas de nêutrons em Terzan 5

Uma equipe internacional liderada por pesquisadores do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, do Instituto Max Planck de Radioastronomia e do National Radio Astronomy Observatory (NRAO) descobriu dez estrelas de nêutrons em rotação rápida no aglomerado globular Terzan 5.

© NRAO (ilustração de dez novos pulsares em Terzan 5)

Muitas delas encontram-se em binários incomuns e raros, incluindo uma potencial candidata a recorde de estrela dupla de nêutrons, um pulsar numa órbita extremamente elíptica e vários sistemas "aranha" em que as estrelas de nêutrons estão evaporando as suas companheiras.

Estas descobertas aumentam o número de pulsares de milissegundo conhecidos neste aglomerado estelar muito denso em mais de um-quarto, para um total de 49. Os pesquisadores esperam descobrir mais pulsares em binários possivelmente ainda mais extremos: tencionam analisar todos os dados de Terzan 5 registados com o MeerKAT, utilizando o enorme poder computacional do projeto de ciência cidadã Einstein@Home, gerido pelo Instituto Max Planck de Física Gravitacional.

As estrelas de nêutrons são remanescentes compactos de explosões de supernova e são constituídas por matéria exótica e extremamente densa. São mais massivas do que o nosso Sol, mas com um diâmetro de apenas cerca de 20 quilômetros. Devido aos seus fortes campos magnéticos e à sua rápida rotação, emitem um feixe de ondas de rádio semelhante a um farol cósmico. Quando a rotação aponta periodicamente estes feixes para a Terra, a estrela de nêutrons torna-se visível como uma fonte de rádio pulsante: um pulsar de rádio. Alguns destes pulsares de rádio atingem períodos de rotação de apenas alguns milissegundos ao acumularem material de uma estrela companheira binária. Estes são chamados pulsares de milissegundo. 

O aglomerado globular Terzan 5 é um dos locais mais povoados de estrelas da nossa Via Láctea. No seu núcleo, onde existem milhões de vezes mais estrelas por unidade de volume do que na vizinhança do nosso Sol, as estrelas encontram-se e interagem com muito mais frequência do que em outros locais. Este fato torna-o uma "fábrica" muito eficiente para produzir pulsares em sistemas binários extraordinários. Já se conheciam 39 pulsares em Terzan 5 antes deste estudo, que acrescentou mais dez.

Os astrônomos fizeram as suas descobertas utilizando dados do radiotelescópio MeerKAT. O MeerKAT é um conjunto de 64 antenas na região de Karoo, África do Sul, com uma sensibilidade sem precedentes para fontes no hemisfério sul. Como parte do grande projeto de pesquisa TRAPUM (TRansients and Pulsars using MeerKAT), a equipe observou Terzan 5 duas vezes durante várias horas com 56 antenas do MeerKAT. A caracterização dos novos pulsares, uma tarefa que pode levar muitos anos, foi feita muito rapidamente graças a décadas de dados de arquivo obtidos com o GBT (Green Bank Telescope). 

Além deste sistema exótico encontrado com o MeerKAT, outro exemplo recente como o sistema NGC 1851E, que poderá ser o primeiro sistema pulsar, buraco negro, está mostrando que os aglomerados globulares são uma mina de ouro de oportunidades. Uma descoberta do presente trabalho é um sistema binário que, por um lado, pode consistir de duas estrelas de nêutrons. Estas estrelas de nêutrons duplas são muito raras, cerca de 20 dos mais de 3.600 pulsares conhecidos pertencem a esta classe em particular. 

Se as observações futuras confirmarem estas suspeitas, o sistema duplo seria também um recordista, com o pulsar de rotação mais rápida e a órbita de período mais longo para esta classe de sistemas. Por outro lado, o mesmo sistema pode também ser um pulsar massivo com uma estrela companheira anã branca. Um pulsar de grande massa pode condicionar a composição interior das estrelas de nêutrons. 

A órbita extremamente elíptica de outra descoberta indica uma série de encontros estelares próximos no seu passado. Quando as estrelas do centro densamente povoado de Terzan 5 passam por um sistema binário, a sua gravidade pode perturbar as suas órbitas, podendo mesmo ejetar e substituir as estrelas que o compõem. 

Os astrônomos vão voltar a observar Terzan 5 com o MeerKAT em frequências de rádio mais elevadas, o que deverá aumentar ainda mais as hipóteses de novas descobertas. Quem sabe, talvez a próxima descoberta neste fantástico aglomerado globular seja algo tão exótico como um par de pulsares de milissegundo ou um pulsar de milissegundo orbitando um buraco negro?

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Max Planck Institute for Radio Astronomy

O pulsar de milissegundo mais próximo

O pulsar de milissegundo mais próximo, PSR J0437-4715, tem um raio de 11,4 quilômetros e uma massa 1,4 vezes superior à do Sol.

© NASA (pulsar de milissegundo PSR J0437-4715)

Imagem do pulsar de milissegundo PSR J0437-4715. À esquerda, como visto da Terra. À direita, como visto do plano equatorial da estrela. A cor púrpura-rosa indica a temperatura das manchas quentes nos polos. O branco é relativamente frio. O roxo é quente. Os polos magnéticos quentes não estão exatamente opostos um ao outro. Como a estrela é muito densa, nota-se também o efeito de curvatura da luz provocado pela gravidade extrema. Por exemplo, os dois polos de rotação da estrela no painel da direita são visíveis simultaneamente.

Estes são os resultados de medições de precisão efetuadas por uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Amsterdã (Países Baixos). As medições revelam mais sobre a composição e sobre o campo magnético desta estrela de nêutrons. 

PSR J0437 é um pulsar, uma estrela de nêutrons em rotação que emite radiação eletromagnética. Está localizado a cerca de 510 anos-luz da Terra na direção da constelação austral de Pintor. O pulsar gira 174 vezes por segundo em torno do seu eixo e tem uma anã branca como companheira. 

Como um farol fora de controle, o pulsar envia um feixe de ondas de rádio e raios X em direção à Terra a cada 5,75 milissegundos. Isto torna-o o pulsar de milissegundo mais próximo da Terra. É também, em parte por estar tão perto, o pulsar de milissegundo mais brilhante. E é um relógio mais estável do que os relógios atômicos fabricados pelo homem.

Os cientistas utilizaram dados do telescópio de raios X NICER a bordo da ISS (Estação Espacial Internacional). Combinaram os dados de raios X com uma técnica designada por modelação do perfil dos pulsos. Para tal, trabalharam modelos estatísticos complexos com o supercomputador nacional holandês Snellius. No final, conseguiram calcular o raio da estrela, com a ajuda de medições da massa efetuadas por Daniel Reardon (Universidade de Tecnologia de Swinburne, Austrália) e colegas no PPTA (Parkes Pulsar Timing Array). Também mapearam a distribuição de temperatura dos polos magnéticos. 

As novas medições indicam uma "equação de estado mais suave" do que se pensava anteriormente. Com isso, a massa máxima das estrelas de nêutrons deve ser inferior ao que algumas teorias preveem.

O artigo científico que detalha as descobertas foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal Letters e faz parte de um conjunto de artigos sobre pulsares de milissegundo.

Fonte: NOVA

Descoberta a estrela de nêutrons mais massiva?

Quando os astrônomos não conseguem explicar algo diretamente, muitas vezes torna-se verdadeiramente excitante.

© D. Futselaar (ilustração de um pulsar e um buraco negro)

Uma equipe internacional liderada por pesquisadores do Instituto Max Planck de Radioastronomia e com a participação do Instituto Max Planck de Física Gravitacional descobriu agora um misterioso par que nunca tinha sido observado antes: um sistema constituído por uma estrela de nêutrons e um objeto que, à primeira vista, nem sequer deveria existir. Mas existem pistas importantes. 

Os pesquisadores da colaboração internacional TRAPUM (Transients and Pulsars with MeerKAT) descobriram um novo sistema constituído por dois objetos, localizado no aglomerado globular NGC 1851, na direção da constelação austral de Columba (Pomba). Os dois objetos têm muito provavelmente uma coisa em comum: ambos devem ter surgido, embora indiretamente, dos remanescentes de estrelas massivas, ou seja, de estrelas de nêutrons ou de buracos negros. 

As estrelas massivas formam-se frequentemente em sistemas estelares múltiplos. E são precisamente estas estrelas que, no final das suas vidas, morrem numa espetacular explosão de supernova. Os remanescentes: buracos negros ou estrelas de nêutrons que se orbitam uns aos outros, caso o sistema tenha sobrevivido à explosão. 

Até agora, só foram detectados pares de buracos negros e estrelas de nêutrons graças às ondas gravitacionais que emitem durante a sua dança íntima. É conhecida a natureza de pelo menos um dos dois objetos. A equipe utilizou o sensível radiotelescópio MeerKAT, na África do Sul, em combinação com poderosos detectores do Instituto Max Planck de Radioastronomia, e registrou pulsos fracos. 

Trata-se de uma estrela de nêutrons com um forte campo magnético que gira muito rapidamente, emitindo ondas de rádio ao longo de cones de luz opostos que varrem o Universo como um farol cósmico. O pulsar recentemente descoberto, de nome PSR J0514-4002E, gira em torno do seu próprio eixo mais de 170 vezes por segundo e a sua luz rádio atinge a Terra com a mesma frequência. A cada rotação, o radiotelescópio regista um pulso, semelhante ao tique-taque de um relógio. O pulsar tem um ritmo extremamente regular. 

Foram utilizados pequenos desvios ou diferenças no ritmo deste "relógio" para obter detalhes sobre uma companheira que orbita num centro de gravidade comum, juntamente com o pulsar. O efeito Doppler faz com que a frequência de rádio do pulsar se altere como resultado do seu movimento orbital, tal como o som da sirene de um carro de bombeiros ao passar pelo observador. Isto também permitiu determinar a órbita do pulsar em torno do objeto misterioso.

A situação é menos clara quando se trata do objeto companheiro que orbita o pulsar. Quando observa-se as imagens de NGC 1851 obtidas pelo telescópio espacial Hubble, não é visto nada nessa posição. Por isso, o objeto em órbita com o pulsar não é uma estrela normal, mas um remanescente extremamente denso de uma estrela colapsada. Se este objeto fosse também uma estrela, emitiria, tal como o Sol, um vento estelar, que o cone de luz rádio do pulsar teria de atravessar antes do radiotelescópio receber um sinal. Neste caso, o vento estelar influenciaria nas frequências do sinal de rádio. No entanto, não há sinais de tal efeito nos dados de rádio. Tudo indica que o misterioso objeto é um remanescente extremamente denso de uma estrela colapsada: um buraco negro ou outra estrela de nêutrons que não emite ondas de rádio. 

A procura por pistas continua: os astrônomos não só deduziram a órbita a partir das medições das diferenças de velocidade do "relógio" do pulsar, como também reduziram a massa do segundo objeto até 2,09 a 2,71 massas solares. Isto significa que a companheira pode ser mais massiva do que as estrelas de nêutrons mais pesadas conhecidas (cerca de duas massas solares) e, ao mesmo tempo, mais leve do que os buracos negros mais leves conhecidos (cerca de cinco massas solares). A razão pela qual ainda não foi encontrado nenhum outro objeto compacto entre duas e cinco massas solares não é totalmente compreendida.

As estrelas de nêutrons, os remanescentes ultradensos das explosões de supernovas, só podem ter até uma determinada massa. Quando ganham demasiada massa, talvez por consumirem outra estrela ou por colidirem com um objeto do mesmo tipo, entram em colapso. Qual exatamente o objeto resultante, após o colapso, é motivo de muita especulação, tendo sido propostos vários cenários de estrelas exóticas. A opinião predominante, no entanto, é que as estrelas de nêutrons colapsam para se tornarem buracos negros, objetos gravitacionalmente tão atrativos que nem a luz lhes consegue escapar. 

A teoria, apoiada pela observação, diz-nos que os buracos negros mais leves que podem ser criados por estrelas colapsadas são cerca de 5 vezes mais massivos do que o Sol. Isto é consideravelmente mais do que as 2,2 massas solares necessárias para o colapso de uma estrela de nêutrons, dando origem ao que é conhecido como a lacuna de massa dos buracos negros. A natureza dos objetos compactos, nesta gama de massas, é desconhecida e o estudo detalhado tem-se revelado até agora um desafio, uma vez que apenas vislumbres fugazes de tais objetos foram captados em observações das ondas gravitacionais produzidas por eventos de fusão no Universo distante. 

Embora a equipe não possa dizer de forma conclusiva se descobriu a estrela de nêutrons mais massiva que se conhece, o buraco negro mais leve que se conhece ou até mesmo uma nova e exótica variante estelar, o que é certo é que descobriu um laboratório único para investigar as propriedades da matéria sob as condições mais extremas do Universo.

Um artigo foi publicado na revista Science.

Fonte: Max Planck Institute for Radio Astronomy

Revelando os “ossos” da Mão Cósmica Fantasmagórica

Em 1895, Wilhelm Röntgen descobriu os raios X e os usou para obter imagens dos ossos da mão de sua esposa, dando início a uma ferramenta revolucionária de diagnóstico para a medicina.

© Chandra / IXPE (pulsar PSR B1509-58)

Agora, dois dos telescópios espaciais de raios X da NASA combinaram os seus poderes de imagem para revelar os "ossos" do campo magnético de uma notável estrutura em forma de mão no espaço. Juntos, estes telescópios revelam o comportamento de uma estrela morta em colapso que sobrevive através de plumas de partículas de matéria energizada e antimatéria. 

Há cerca de 1.500 anos, uma estrela gigante na nossa Galáxia ficou sem combustível nuclear para queimar. Quando isso aconteceu, a estrela entrou em colapso e formou um objeto extremamente denso chamado estrela de nêutrons. Estrelas de nêutrons em rotação com fortes campos magnéticos, ou pulsares, fornecem laboratórios para física extrema, com condições que não podem ser reproduzidas na Terra. 

Pulsares jovens podem criar jatos de matéria e antimatéria afastando-se dos polos do pulsar, junto com um vento intenso, formando uma “nebulosa de vento pulsar”. Em 2001, o observatório de raios X Chandra da NASA observou pela primeira vez o pulsar PSR B1509-58 e revelou que a sua nebulosa de vento pulsar (referida como MSH 15-52) se assemelha a uma mão humana. O pulsar está localizado na base da “palma” da nebulosa. MSH 15-52 está localizada a 16.000 anos-luz da Terra. 

Agora, o mais novo telescópio de raios X da NASA, o Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), observou MSH 15-52 durante cerca de 17 dias, o período mais longo que já observou qualquer objeto desde que foi lançado em dezembro de 2021. 

O IXPE fornece informações sobre a orientação do campo elétrico dos raios X, determinada pelo campo magnético da fonte de raios X, ou seja, a polarização de raios X. Em grandes regiões do MSH 15-52 a quantidade de polarização é notavelmente alta, atingindo o nível máximo esperado do trabalho teórico. Para atingir esta força, o campo magnético deve ser muito retilíneo e uniforme, o que significa que há pouca turbulência nestas regiões da nebulosa do vento pulsar. 

Uma característica particularmente interessante da MSH 15-52 é um jato brilhante de raios X direcionado do pulsar para o “pulso” na parte inferior da imagem. Os novos dados do IXPE revelam que a polarização no início do jato é baixa, provavelmente porque esta é uma região turbulenta com campos magnéticos complexos e emaranhados associados à geração de partículas de alta energia. No final do jato, as linhas do campo magnético parecem endireitar-se e tornar-se muito mais uniformes, fazendo com que a polarização se torne muito maior.

Estes resultados implicam que as partículas recebem um impulso de energia em regiões turbulentas complexas perto do pulsar na base da "palma da mão" e fluem para áreas onde o campo magnético é uniforme ao longo do "pulso, dedos e polegar". 

Esta façanha possibilitou a descoberta da história de vida da matéria superenergética e das partículas de antimatéria em torno do pulsar. Isto nos ensina como os pulsares podem atuar como aceleradores de partículas. O IXPE também detectou campos magnéticos semelhantes para as nebulosas de vento dos pulsares Vela e Caranguejo, o que implica que podem ser surpreendentemente comuns nestes objetos. 

Fonte: Smithsonian Astrophysical Observatory