Candidatos a buracos negros podem ser pulsares giratórios superápidos

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Esta concepção artística mostra um buraco negro de massa estelar que consumia gás de uma estrela companheira próxima, produzindo um disco de acréscimo e jatos poderosos. Crédito: NASA

Desvendar as origens obscuras desses impostores cósmicos poderia levar a avanços na compreensão das vidas e mortes de estrelas.

Por Nola Redd Taylor
Publicado na Scientific American

Identificar buracos negros não é uma questão de simplesmente encontrar um lugar vazio no espaço. Estes objetos maciços podem “engolir” tudo, até mesmo a luz – o que poderia, obviamente, ofertar sinais óbvios de sua presença.

Os cientistas que procuram buracos negros devem contar com mais evidências circunstanciais: o material que se acumula em um disco giratório brilhante de detritos que pode cuspir raios-x e enormes jatos de partículas subatômicas. Os astrônomos têm considerado por muito tempo que estes jatos energéticos são os cartões de visita dos buracos negros, mas novas observações de fenômenos similares de um tipo exótico de estrela sugerem que a identificação de buracos negros está prestes a ficar ainda mais difícil.

Este buraco negro impostor é um objeto chamado PSR J1023 + 0038. Quando uma estrela giratória e maciça morre, seu núcleo restante – uma esfera do tamanho de uma cidade, composta de cinzas estelares conhecidas como estrela de nêutrons – pode continuar girando. Há ainda um tipo de estrela de nêutrons que emite fótons e feixes de elétrons que geram um pulso de luz com regularidade mecânica (um tipo de “farol” cósmico). Tal objeto é chamado um pulsar. Mas PSR J1023 não é um pulsar comum – é um pulsar de milissegundo transitório, um subtipo que gira tanto quanto mil vezes por segundo. Essa velocidade de rotação rápida vem do fato do pulsar se alimentar de outra estrela, que gira devido ao desvio do gás da sua companheira estelar próxima. Neste cenário, astrônomos recentemente descobriram que PSR J1023 ocasionalmente emite jatos que imitam aqueles de alguns buracos negros.

Teóricos acreditam que os jatos ocorrem quando “ventos” – partículas massivas impulsionadas pelo campo magnético do pulsar – são emitidos, sobrecarregando a intensa atração gravitacional do PSR J1023 na espiral de gás de sua companheira, explodindo o material que cai de volta para o espaço.

“É como um estilingue magnético”, diz Alessandro Papitto, astrônomo do Observatório Astronômico de Roma, que não está filiado com as mais recentes observações de jatos da PSR J1023. Slavko Bogdanov, um astrônomo da Universidade de Columbia, que liderou as novas observações, descreve a situação como “um ponto onde os dois [processos] têm poder comparável.” Bogdanov e um colega estudou PSR J1023 simultaneamente em raios-x com o telescópio Chandra X-Ray Observatory da NASA, e em comprimentos de onda de rádio utilizando o Very Large Array, uma rede de radiotelescópios no deserto do Novo México. Eles descobriram uma ligação entre as emissões da estrela em raios-x e ondas de rádio que revelaram a natureza deste “cabo de guerra energético” entre a gravidade e campos magnéticos. Quando o pulsar produz raios-x significativos, suas emissões de rádio diminuem –  um sinal de que o objeto estava agregando matéria da estrela companheira quando a gravidade era superior. Por outro lado, os períodos luminosos de rádio do pulsar correlacionam-se com as emissões de raios-x mais fracas, quando o seu efeito de “estilingue magnético” parou o fluxo de material para a estrela. A pesquisa foi submetida no Astrophysical Journal.

Elucidar como PSR J1023 fabrica seus jatos pode ser vital para distingui-lo dos buracos negros que imita-cerca de objetos de massa estelar que também emitem explosões de raios-x e rádio devido ao material roubado de uma estrela companheira nas proximidades. Porque ambos os pulsares transitórios de milissegundos e esses buracos negros emergem de uma origem comum — uma estrela massiva com um companheiro próximo — eles podem ser usados como formas complementares de estudar como tais sistemas se formam, evoluem e morrem. “Para [estes] buracos negros, você tem essa tendência relativamente bem-comportada”, definida pela relação entre as emissões de raios-x e rádio, diz Elena Gallo, uma astrofísica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, que ajudou a identificar o relação no início de 2000 e não estava afiliada com o último estudo. desde então,”Houveram recentemente muitos candidatos para buracos negros binários que foram identificados com base em suas propriedades de raio-x e de rádio”, diz Bogdanov. “[PSR J1023] mostrou que alguns [objetos] podem ter se mascarado como binários, mas podem realmente ser os pulsares de milissegundos.”

Felizmente, muitas das dezenas de objetos nos quais os astrônomos já identificaram como buracos negros usando esta técnica, não precisaram ser reclassificados. De acordo com Gallo, a relação raios-x-rádio deve permanecer confiável para objetos mais pesados ​​do que cerca de três vezes a massa do Sol, que podem ser demasiado grandes para não serem buracos negros, diz ela. A linha entre o buraco negro e pulsar de milissegundo só se torna nebulosa para objetos menores, mais leves e inferiores a esse limiar aproximado. Uma elucidação atualizada exigirá novas estratégias observacionais para observar além da simples relação raios-x-radio.

“Fique atento, porque uma nova astrofísica e uma nova compreensão da física de estrelas de nêutrons podevir de este tipo de sistemas”, diz Papitto.

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