As estrelas de nêutrons resultam do colapso gravitacional de estrelas maciças e luminosas. A certa altura na evolução destas estrelas, o seu núcleo deixa de produzir energia suficiente para sustentar o seu próprio peso.
© NASA/Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger (ruptura momentânea da crosta de um magnetar)
Quando isto acontece, e numa fração de segundo, o núcleo sofre um colapso gravitacional, ou seja, é esmagado pela sua própria gravidade, sendo comprimido até atingir uma densidade semelhante à de um núcleo atômico. O resultado é uma estrela de nêutrons, com 20 km de diâmetro e uma temperatura de milhões de Kelvin. A conservação do momento angular durante o colapso faz com que a estrela de nêutrons recém formada gire sobre si própria várias dezenas de vezes por segundo.
Também o campo magnético do núcleo da estrela original aumenta de intensidade ao ser comprimido. Uma estrela de nêutrons típica tem um campo magnético 1 trilhão de vezes mais intenso do que o da Terra e conduz o plasma existente na sua vizinhança ao longo das linhas do campo até este colidir em 2 regiões opostas na superfície. A colisão aquece o plasma nestas regiões a temperaturas muito elevadas dando origem à emissão intensa de radiação em várias bandas do espectro eletromagnético. Se a orientação da estrela de nêutrons é adequada, a sua rotação vira estas regiões emissoras na direção da Terra, uma vez por cada rotação, como se se tratasse de um farol. Esta estrela de nêutrons é denominada pulsar.
Quando certas condições durante o colapso gravitacional se conjugam, por exemplo, se o núcleo da estrela original tem uma velocidade de rotação inicial muito elevada, o campo magnético da estrela de nêutrons que se forma cresce de forma exponencial, atingindo uma intensidade mil vezes superior ao de uma estrela de nêutrons normal. Estas estrelas de nêutrons têm propriedades especiais e são designadas por magnetar. Até à data conhecem-se apenas 23 magnetares na Via Láctea. Pensa-se que existem apenas durante algumas centenas de milhares de anos. Durante este período o campo magnético dissipa parte substancial da sua energia inicial até que o que resta é uma estrela de nêutrons normal.
Tanto quanto foi possível determinar, através de modelos teóricos confrontados com observações, as estrelas de nêutrons, e os magnetares também, têm uma estrutura relativamente simples. A uma atmosfera de poucos centímetros formada por um plasma a milhões de Kelvin, segue-se uma crosta de 2 km com uma estrutura cristalina formada por íons metálicos, de ferro e níquel principalmente, através da qual fluem com partículas como elétrons. Suspeita-se que o interior da estrela é formado por um superfluído, um fluído com viscosidade zero, de partículas elementares, principalmente nêutrons e, talvez, na sua região mais central, quarks, as partículas constituintes dos prótons e dos nêutrons. O campo magnético das estrelas de nêutrons deve-se a um poderoso efeito de dínamo devido às cargas elétricas em movimento, em especial na crosta cristalina, conjugadas com a rotação rapidíssima da estrela. O mesmo efeito, mas com uma intensidade muito menor, é observado na Terra. No nosso planeta, no entanto, não é a crosta que gera o efeito de dínamo mas antes uma camada exterior do núcleo, fluida e condutora de eletricidade, constituída fundamentalmente por ferro, níquel e vestígios de outros elementos.
Nas magnetares, a intensidade do campo magnético é tão grande, e este está de tal forma ancorado na crosta da estrela, onde alterações no campo magnético provocam tensões, e ajustes na forma da crosta provocam a reconfiguração do campo magnético. Este fenômeno assemelha-se aos tremores de terra no nosso planeta, mas não é devido ao atrito de placas tectônicas, mas antes à interação da crosta com o campo magnético. Forçada pelo campo magnético, a crosta tem rupturas momentâneas que reorganizam o campo magnético e provocam a dissipação de energia, gerando sismos estelares. A energia libertada é tão grande que toda a estrela vibra depois de um destes eventos. Em teoria, estas vibrações deveriam deixar uma impressão detectável nos raios X e gama libertados pela magnetar. Isto foi precisamente o que uma equipe de cientistas observou numa magnetar utilizando o telescópio Fermi, que observa fontes de raios gama.
Em 2009, o Fermi detectou várias erupções de raios gama provenientes da magnetar SGR J1550−5418, localizada a 15 mil anos-luz na constelação do Altar. O magnetar manteve-se quiescente até Outubro 2008. Nesse momento entrou num período de grande atividade, com numerosas erupções, que terminou em Abril de 2009. As erupções mais intensas libertaram tanta energia como a produzida pelo Sol em todos os comprimentos de onda durante 20 anos! A atividade da estrela foi visível também em raios X de alta energia, detectados pelos telescópios SWIFT e Rossi X-ray Timing Explorer, ambos da NASA, que observaram centenas de erupções de raios X e gama. Analisando os raios gama libertados pela magnetar durante este período, os cientistas detectaram um padrão que mostra que as erupções foram acompanhadas por vibrações na crosta da estrela equivalentes a um tremor de terra de magnitude 23. Por comparação, o tremor de terra mais intenso de que há registo foi no Chile, em 1960, com magnitude 9,5. Note-se que esta escala é logarítmica e, no caso, uma diferença de 2 magnitudes corresponde a mil vezes a energia dissipada. Assim, um tremor de terra de magnitude 23 corresponde a uma dissipação de energia mais de um quintilhão de vezes superior ao tremor de terra do Chile.
Esta descoberta é de suma importância no estudo das estrelas de nêutrons e das magnetares em particular. Os teóricos desenvolveram vários modelos para descrever a estrutura interna das estrelas de nêutrons mas sem observações como esta, em que foi possível quantificar as vibrações provocadas na superfície da estrela em função da energia libertada pela reconfiguração do campo magnético, seria difícil determinar qual dos modelos está correto. As densidades que prevalecem no interior das estrelas de nêutrons não podem ser reproduzidas em laboratório na Terra pelo que este tipo de observações indiretas fornecem pistas importantes para compreender a sua estrutura interna.
Um artigo descrevendo a pesquisa foi publicado no The Astrophysical Journal.
Fonte: Goddard Space Flight Center
