DETETADA A ESTRELA DE NEUTRÕES MAIS MASSIVA, QUASE MASSIVA DEMAIS PARA EXISTIR 20 de setembro de 2019
Impressão de artista do pulsar de uma estrela de neutrões a ser "atrasado" pela passagem de uma anã branca entre a estrela de neutrões e a Terra.
Crédito: B. Saxton, NRAO/AUI/NSF
Usando o GBT (Green Bank Telescope), astrónomos descobriram a estrela de neutrões mais massiva até agora, um pulsar de rápida rotação a aproximadamente 4600 anos-luz da Terra. Este objeto recorde está no limite da existência, aproximando-se da massa máxima teoricamente possível para uma estrela de neutrões.
As estrelas de neutrões - remanescentes compactos de estrelas massivas transformadas em supernovas - são os objetos "normais" mais densos do Universo conhecido (os buracos negros são tecnicamente mais densos, mas estão longe de serem normais). Somente um cubo de açúcar de material de uma estrela de neutrões pesaria 100 milhões de toneladas aqui na Terra, o equivalente a toda a população humana. Embora os astrónomos e físicos estudem estes objetos há já décadas, permanecem muitos mistérios sobre a natureza dos seus interiores: será que os neutrões esmagados se tornam "superfluidos" e fluem livremente? Será que se decompõem numa sopa de quarks subatómicos ou de outras partículas exóticas? Qual é o ponto de inflexão em que a gravidade vence a matéria e forma um buraco negro?
Uma equipa de astrónomos usou o GBT da NSF (National Science Foundation) para nos levar mais perto das respostas.
Os cientistas, membros do NANOGrav Physics Frontiers Center, descobriram que um pulsar de milissegundo, chamado J0740+6620, é a estrela de neutrões mais massiva já medida, acumulando 2,17 vezes a massa do nosso Sol numa esfera com apenas 30 km de diâmetro. Esta medição está perto dos limites de quão grande e compacto um único objeto se pode tornar sem se esmagar a ele próprio num buraco negro. Trabalhos recentes envolvendo ondas gravitacionais observadas pelo LIGO durante a colisão de estrelas de neutrões sugerem que o valor de 2,17 massas solares pode estar muito perto desse limite.
"As estrelas de neutrões são tão misteriosas quanto fascinantes," disse Thankful Cromartie, estudante da Universidade da Virgínia e do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Charlottesville, no mesmo estado norte-americano. "Estes objetos do tamanho de cidades são essencialmente núcleos atómicos gigantes. São tão grandes que os seus interiores assumem propriedades estranhas. A determinação da massa máxima permitida pela física e pela natureza pode ensinar-nos muito sobre este domínio inacessível da astrofísica."
Os pulsares recebem este nome devido aos feixes gémeos de ondas rádio que emitem dos seus polos magnéticos. Estes feixes varrem o espaço de maneira semelhante a um farol. Alguns giram centenas de vezes por segundo. Dado que os pulsares giram com velocidade e regularidade fenomenais, os astrónomos podem usá-los como equivalentes cósmicos dos relógios atómicos. Esta cronometragem precisa ajuda os astrónomos a estudar a natureza do espaço-tempo, a medir as massas de objetos estelares e a melhorar a sua compreensão da relatividade geral.
No caso deste sistema binário, que é visto quase de lado da perspetiva da Terra, esta precisão cósmica forneceu um percurso para os astrónomos calcularem a massa das duas estrelas.
À medida que o pulsar passa por trás da sua anã branca companheira, há um atraso subtil (na ordem dos 10 milionésimos de segundo) no tempo de chegada dos sinais. Este fenómeno é conhecido como "Atraso de Shapiro". Em essência, a gravidade da anã branca distorce levemente o espaço em seu redor, de acordo com a teoria geral da relatividade de Einstein. Esta distorção significa que os pulsos da estrela de neutrões giratória têm que viajar um pouco mais enquanto se desviam das distorções do espaço-tempo provocadas pela anã branca.
Os astrónomos podem usar esse atraso cronológico para calcular a massa da anã branca. Uma vez conhecida a massa de um dos corpos em co-órbita, a determinação precisa da massa do outro é um processo relativamente simples.
Cromartie é a autora principal de um artigo aceite para publicação na Nature Astronomy. As observações do GBT foram no âmbito da sua tese de doutoramento, que propunha observar este sistema em dois pontos especiais das suas órbitas mútuas para calcular com precisão a massa da estrela de neutrões.
"A orientação deste sistema binário criou um laboratório cósmico fantástico," disse Scott Ransom, astrónomo do NRAO e coautor do artigo. "As estrelas de neutrões têm este ponto de inflexão, onde as suas densidades interiores se tornam tão extremas que a força da gravidade supera a capacidade dos neutrões em resistir a um colapso gravitacional. Cada estrela de neutrões 'mais massiva' que encontramos aproxima-nos da identificação deste ponto crítico e ajuda-nos a compreender a física da matéria a estas densidades surpreendentes."
