Este pulsar do tipo ‘Viúva Negra’ que quebrou recordes é a estrela de nêutrons mais massiva de todos os tempos

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Simulação da NASA de um pulsar. (Créditos: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

Uma das estrelas mais extremas da Via Láctea se tornou ainda mais insana para nós.

Os cientistas mediram a massa de uma estrela de nêutrons chamada PSR J0952-0607, e descobriram que é a estrela de nêutrons mais massiva já descoberta, com uma enorme massa de 2,35 vezes a do Sol.

Se for verdade, isso está muito próximo do limite de massa superior teorizado de cerca de 2,3 massas solares para estrelas de nêutrons, representando um excelente laboratório para estudar essas estrelas ultradensas que pensamos estar à beira do colapso, na esperança de entender melhor o estranho estado quântico da matéria de que são feitos.

“Sabemos mais ou menos como a matéria se comporta em densidades nucleares, como no núcleo de um átomo de urânio”, disse o astrofísico Alex Filippenko, da Universidade da Califórnia, em Berkeley (EUA).

“Uma estrela de nêutrons é como um núcleo gigante, mas quando você tem uma massa solar e meia desse material, que é cerca de 500.000 massas terrestres de núcleos todos grudados, não está claro como eles se comportarão”.

As estrelas de nêutrons são os núcleos colapsados ​​de estrelas massivas que tinham entre cerca de 8 e 30 vezes a massa do Sol, antes de se tornarem supernovas e explodirem a maior parte de sua massa no espaço.

Esses núcleos, que tendem a ter cerca de 1,5 vezes a massa do Sol, estão entre os objetos mais densos do Universo; a única coisa mais densa é um buraco negro.

Sua massa é compactada em uma esfera de apenas 20 quilômetros de diâmetro; nessa densidade, prótons e elétrons podem se combinar em nêutrons. A única coisa que impede essa bola de nêutrons de colapsar em um buraco negro é a força necessária para que eles ocupem os mesmos estados quânticos, descritos como pressão de degeneração.

De certa forma, isso significa que as estrelas de nêutrons se comportam como núcleos atômicos massivos. Mas o que acontece neste ponto de inflexão, onde os nêutrons formam estruturas exóticas ou se misturam em uma sopa de partículas menores, é difícil de dizer.

PSR J0952-0607 já era uma das estrelas de nêutrons mais interessantes da Via Láctea. É o que é conhecido como pulsar – uma estrela de nêutrons que está girando muito rápido, com jatos de radiação emitindo dos polos. À medida que a estrela gira, esses polos passam pelo observador (nós) como um farol cósmico, de modo que a estrela parece pulsar.

Essas estrelas podem ser incrivelmente rápidas, sua taxa de rotação em escalas de milissegundos. O PSR J0952-0607 é o segundo pulsar mais rápido da Via Láctea, girando 707 vezes por segundo. (O mais rápido é apenas um pouco mais rápido, com uma taxa de rotação de 716 vezes por segundo.)

É também o que é conhecido como pulsar do tipo “viúva negra”. A estrela está em uma órbita próxima com uma companheira binária – tão próxima que seu imenso campo gravitacional puxa material da estrela companheira. Este material forma um disco de acreção que gira e alimenta a estrela de nêutrons, um pouco como a água girando em torno de um ralo. O momento angular do disco de acreção é transferido para a estrela, fazendo com que sua taxa de rotação aumente.

Uma equipe liderada pelo astrofísico Roger Romani, da Universidade Stanford, nos EUA, queria entender melhor como o PSR J0952-0607 se encaixa na linha do tempo desse processo. A estrela companheira binária é minúscula, menos de 10% da massa do Sol. A equipe de pesquisa fez estudos cuidadosos do sistema e de sua órbita e usou essas informações para obter uma medição nova e precisa para o pulsar.

Seus cálculos retornaram um resultado de 2,35 vezes a massa do Sol, mais ou menos 0,17 massas solares. Assumindo uma massa inicial de estrela de nêutrons padrão de cerca de 1,4 vezes a massa do Sol, isso significa que PSR J0952-0607 sugou até um Sol inteiro de matéria de seu companheiro binário. Isso, segundo a equipe, é uma informação realmente importante sobre estrelas de nêutrons.

“Isso fornece algumas das restrições mais fortes sobre a propriedade da matéria em várias vezes a densidade vista nos núcleos atômicos. De fato, muitos modelos populares da física da matéria densa foram excluídos por esse resultado”, explicou Romani.

“Uma massa máxima alta para estrelas de nêutrons sugere que é uma mistura de núcleos e seus quarks up e down dissolvidos até o núcleo. Isso exclui muitos estados da matéria propostos, especialmente aqueles com composição interior exótica.”

O sistema binário também mostra um mecanismo pelo qual pulsares isolados, sem companheiros binários, podem ter taxas de rotação de milissegundos. O companheiro de J0952-0607 está quase desaparecendo; uma vez totalmente devorado, o pulsar (se não ultrapassar o limite de massa superior e colapsar ainda mais em um buraco negro) manterá sua velocidade de rotação incrivelmente rápida por algum tempo.

E estará sozinho, assim como todos os outros pulsares de milissegundos isolados.

“À medida que a estrela companheira evolui e começa a se tornar uma gigante vermelha, o material se espalha para a estrela de nêutrons, e isso gira a estrela de nêutrons. Ao girar, ela agora se torna incrivelmente energizada e um vento de partículas começa a sair da estrela de nêutrons. Esse vento então atinge a estrela companheira e começa a retirar material e, com o tempo, a massa da estrela companheira diminui para a de um planeta, e se ainda mais tempo passar, ela desaparece completamente”, disse Filippenko.

“Então, é assim que os pulsares de milissegundos podem ser formados. Eles não estavam sozinhos no início – eles tinham que estar em um par binário – mas gradualmente evaporaram seus companheiros e agora estão solitários.”

A pesquisa foi publicada no The Astrophysical Journal Letters.