Raro sistema estelar ‘viúva negra’ pode ajudar a desvendar os segredos do espaço-tempo

Raro sistema estelar 'viúva negra' pode ajudar a desvendar os segredos do espaço-tempo.

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Renderização de um artista de um pulsar cercado por um disco brilhante de matéria. Nos pulsares 'viúva negra', essa matéria vem de uma estrela companheira menor que está sendo irradiada lentamente até o fim de sua existência. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Por Brandon Specktor
Publicado na Live Science

A cada 4 milissegundos, uma estrela morta lança um poderoso feixe de radiação em direção ao nosso planeta. Não se preocupe – a Terra ficará bem. É a pequena companheira da estrela morta que está com problemas.

Em um novo estudo publicado em 11 de março no banco de dados de pré-publicação arXiv, os pesquisadores descrevem esse desafortunados sistema estelar binário – uma classe rara de objeto celeste conhecido como pulsar viúva negra. Assim como a aranha canibal que dá nome a esse tipo de sistema, o membro maior do par parece determinado a devorar e destruir sua companheira menor. (Nas aranhas, as fêmeas costumam ser maiores que os machos.)

No entanto, não haverá morte rápida por decapitação para esta viúva negra; a estrela maior parece estar matando sua parceira muito mais lentamente. Ao longo de centenas ou milhares de anos, a estrela maior sugou matéria da vizinhança da estrela menor, enquanto simultaneamente irradiava a pequena estrela com feixes de energia, que jogam ainda mais matéria para o espaço.

Algum dia, é possível que a estrela maior possa devorar a menor completamente, disse a principal autora do estudo Emma van der Wateren, estudante de doutorado no Instituto Holandês de Radioastronomia (ASTRON), à Live Science. Mas, antes disso, os cientistas esperam aproveitar esse estranho sistema. Ao monitorar os pulsos notavelmente estáveis ​​da estrela maior em busca de irregularidades repentinas, os autores do estudo esperam que esse pulsar possa ajudá-los a detectar ondulações raras no tecido do espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais.

“Para detectar ondas gravitacionais, você precisa de diversos pulsares muito estáveis”, disse van der Wateren. “E ao contrário dos pulsares de viúva negra anteriores que foram descobertos, este sistema é muito estável”.

Cadáveres de canibais

Os cientistas descobriram o sistema estelar J0610−2100 a cerca de 10.000 anos-luz da Terra em 2003, quando notaram sua pulsação periódica com um radiotelescópio. Os pesquisadores atrelaram o sistema a um pulsar – um tipo de estrela pequena, densa e colapsada que gira extremamente rápido.

Essas estrelas mortas são altamente magnetizadas, lançando feixes de radiação eletromagnética para fora de seus polos enquanto giram. Quando um desses feixes aponta para a Terra, o efeito é como um farol, com a luz piscando enquanto o feixe passa por nós. Se a luz piscar uma vez a cada 10 milissegundos ou menos (como J0610−2100, que pisca a cada 3,8 milissegundos), a estrela se encaixa em uma categoria ainda mais rara, chamada de pulsar de milissegundo.

Muitos pulsares de milissegundos compartilham suas órbitas com estrelas companheiras semelhantes ao Sol, que os pulsares devoram lentamente. À medida que os pulsares devoram os discos giratórios de matéria expelidos pela estrela companheira, eles brilham em radiação de raios-X que pode ser vista em toda a galáxia.

Uma ilustração de um pulsar devorando matéria de sua estrela companheira. Nos pulsares viúva negra, a estrela companheira é reduzida a um décimo da massa do sol da Terra, ou menos. Crédito: NASA Goddard.

E, às vezes, um pulsar pode tirar mais do que sua parcela justa de matéria de sua companheira. Se a estrela companheira de um pulsar tem uma massa menor que um décimo da massa do Sol da Terra, então esse sistema estelar é chamado de pulsar viúva negra.

J0610−2100 foi o terceiro pulsar de viúva negra já detectado – e parece ser um dos mais famintos. A estrela companheira do pulsar mede apenas 0,02 massas solares e completa uma órbita ao redor do pulsar a cada sete horas, segundo o estudo.

Para seu novo estudo, van der Wateren e seus colegas analisaram 16 anos de dados de radiotelescópios desse sistema estelar canibal. Embora o sistema seja inconfundivelmente um pulsar viúva negra, a equipe ficou surpresa ao descobrir que faltavam algumas peculiaridades de assinatura.

Por exemplo, o sistema estelar nunca mostrou o que é conhecido como um eclipse de rádio – um fenômeno quase universal em outros pulsares viúvas negras.

“Normalmente, para uma parte da órbita binária, as emissões de rádio do pulsar desaparecem completamente”, disse van der Wateren. “Isso ocorre quando a estrela companheira se aproxima da frente do pulsar, e todo esse material irradiado que sai da companheira eclipsa a emissão de pulso do pulsar”.

Ao longo de 16 anos, o sistema estelar também nunca mostrou irregularidades no tempo – diferenças repentinas e minúsculas no tempo do pulso de um pulsar em comparação com as previsões dos astrônomos.

Ondas que movem o Universo

A ausência desses dois fenômenos comuns é difícil de explicar, disse van der Wateren. Pode ser que a linha de visão neste pulsar esteja distorcida para que os eclipses de rádio simplesmente não sejam aparentes para telescópios baseados na Terra, ou talvez a estrela companheira do pulsar não esteja sendo irradiada tão fortemente quanto outros pulsares conhecidos que mostram essas características. Mas seja qual for o caso, esse sistema de viúva negra é incrivelmente estável e previsível – o que o torna um candidato perfeito para detectar ondas gravitacionais, disseram os pesquisadores.

Essas ondas (previstas pela primeira vez por Albert Einstein) ocorrem quando os objetos mais massivos do Universo interagem – como quando buracos negros ou estrelas de nêutrons colidem. As ondas ondulam no tempo e no espaço à velocidade da luz, deformando o tecido do Universo à medida que passam.

Uma maneira pela qual os astrônomos esperam detectar ondas gravitacionais é monitorando dezenas de pulsares de milissegundos de uma só vez usando sistemas chamados matrizes de temporização de pulsares. Se cada pulsar na matriz de repente experimentasse uma irregularidade de tempo no mesmo período, isso poderia ser uma evidência de que algo massivo, como uma onda gravitacional, interrompeu seus pulsos no caminho para a Terra.

“Ainda não detectamos ondas gravitacionais dessa maneira”, disse van der Wateren. “Mas acho que estamos chegando perto. É isso que torna a descoberta de pulsares viúva negra altamente previsíveis como este tão importante”.

Tipicamente muito temperamentais por causa de seus eclipses de rádio e irregularidades de tempo, os pulsares viúva negra raramente são bons candidatos para detecção de ondas gravitacionais. Mas J0610−2100 pode ser uma exceção – e sua mera existência sugere que também pode haver outras exceções adequadas. Como seu homônimo aracnídeo, a mordida canibal desta viúva negra pode servir a um propósito maior no final.