{"id":6694,"date":"2024-01-23T07:31:21","date_gmt":"2024-01-23T06:31:21","guid":{"rendered":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/?p=6694"},"modified":"2024-01-23T07:31:22","modified_gmt":"2024-01-23T06:31:22","slug":"astronomos-descobrem-a-estrela-de-neutroes-mais-massiva-ou-o-buraco-negro-menos-massivo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/2024\/01\/23\/astronomos-descobrem-a-estrela-de-neutroes-mais-massiva-ou-o-buraco-negro-menos-massivo\/","title":{"rendered":"Astr\u00f3nomos descobrem a estrela de neutr\u00f5es mais massiva – ou o buraco negro menos massivo"},"content":{"rendered":"
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Impress\u00e3o art\u00edstica do sistema recentemente descoberto, assumindo que o companheiro massivo do r\u00e1dio-pulsar (estrela azul brilhante ao fundo) \u00e9 um buraco negro (em primeiro plano). Os dois objetos est\u00e3o separados por 8 milh\u00f5es de quil\u00f3metros e orbitam-se um ao outro de 7 em 7 dias.
Cr\u00e9dito: Instituto Max Planck de Radioastronomia; Dani\u00eblle Futselaar (artsource.nl)<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Quando os astr\u00f3nomos n\u00e3o conseguem explicar algo diretamente, muitas vezes torna-se verdadeiramente excitante. Uma equipa internacional liderada por investigadores do Instituto Max Planck de Radioastronomia e com a participa\u00e7\u00e3o do Instituto Max Planck de F\u00edsica Gravitacional descobriu agora um misterioso par que nunca tinha sido observado antes: um sistema constitu\u00eddo por uma estrela de neutr\u00f5es e um objeto que, \u00e0 primeira vista, nem sequer deveria existir. Mas existem pistas importantes.<\/p>\n\n\n\n

Os investigadores da colabora\u00e7\u00e3o internacional TRAPUM (Transients and Pulsars with MeerKAT) descobriram um novo sistema constitu\u00eddo por dois objetos, localizado no enxame globular NGC 1851, na dire\u00e7\u00e3o da constela\u00e7\u00e3o austral de Columba (Pomba). Os dois objetos t\u00eam muito provavelmente uma coisa em comum: ambos devem ter surgido, embora indiretamente, dos remanescentes de estrelas massivas, ou seja, de estrelas de neutr\u00f5es ou de buracos negros.<\/p>\n\n\n\n

As estrelas massivas formam-se frequentemente em sistemas estelares m\u00faltiplos. E s\u00e3o precisamente estas estrelas que, no final das suas vidas, morrem numa espetacular explos\u00e3o de supernova. Os remanescentes: buracos negros ou estrelas de neutr\u00f5es que se orbitam uns aos outros, caso o sistema tenha sobrevivido \u00e0 explos\u00e3o. At\u00e9 agora, s\u00f3 foram detetados pares de buracos negros e estrelas de neutr\u00f5es gra\u00e7as \u00e0s ondas gravitacionais que emitem durante a sua dan\u00e7a \u00edntima.<\/p>\n\n\n\n

Um pulsar marca o ritmo<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u00c9 conhecida a natureza de pelo menos um dos dois objetos. A equipa utilizou o sens\u00edvel radiotelesc\u00f3pio MeerKAT, na \u00c1frica do Sul, em combina\u00e7\u00e3o com poderosos detetores do Instituto Max Planck de Radioastronomia, e registou pulsos fracos. Trata-se de uma estrela de neutr\u00f5es com um forte campo magn\u00e9tico que gira muito rapidamente, emitindo ondas de r\u00e1dio ao longo de cones de luz opostos que varrem o Universo como um farol c\u00f3smico. O pulsar recentemente descoberto, de nome PSR J0514-4002E, gira em torno do seu pr\u00f3prio eixo mais de 170 vezes por segundo e a sua luz r\u00e1dio atinge a Terra com a mesma frequ\u00eancia. A cada rota\u00e7\u00e3o, o radiotelesc\u00f3pio regista um pulso, semelhante ao tique-taque de um rel\u00f3gio. O chamado r\u00e1dio-pulsar tem um ritmo extremamente regular.<\/p>\n\n\n

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A equipa utilizou o sens\u00edvel radiotelesc\u00f3pio MeerKAT, localizado na regi\u00e3o de Karoo, na \u00c1frica do Sul.
Cr\u00e9dito: SARAO<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Os investigadores utilizaram pequenos desvios ou diferen\u00e7as no ritmo deste “rel\u00f3gio” para tirar conclus\u00f5es sobre uma companheira que orbita num centro de gravidade comum, juntamente com o pulsar. O efeito Doppler faz com que a frequ\u00eancia de r\u00e1dio do pulsar se altere como resultado do seu movimento orbital, tal como o som da sirene de um carro de bombeiros ao passar pelo observador. Isto tamb\u00e9m permitiu determinar a \u00f3rbita do pulsar em torno do objeto misterioso. “Pensemos nisto como se fosse poss\u00edvel colocar um cron\u00f3metro quase perfeito em \u00f3rbita de uma estrela a quase 40.000 anos-luz de dist\u00e2ncia e depois poder cronometrar essas \u00f3rbitas com uma precis\u00e3o de microssegundos”, diz Ewan Barr, que liderou o estudo juntamente com Arunima Dutta do Instituto Max Planck de Radioastronomia.<\/p>\n\n\n\n

“Quando olh\u00e1mos para as imagens do Hubble, n\u00e3o vimos nada”<\/strong><\/p>\n\n\n\n

A situa\u00e7\u00e3o \u00e9 menos clara quando se trata do objeto companheiro que orbita o pulsar. “Quando olh\u00e1mos para as imagens de NGC 1851 obtidas pelo Hubble, n\u00e3o vimos nada nessa posi\u00e7\u00e3o”, explica Prajwal Voraganti Padmanabh, do Instituto Max Planck de F\u00edsica Gravitacional (Instituto Albert Einstein), em Han\u00f4ver. “Por isso, o objeto em \u00f3rbita com o pulsar n\u00e3o \u00e9 uma estrela normal, mas um remanescente extremamente denso de uma estrela colapsada”. Se este objeto fosse tamb\u00e9m uma estrela, emitiria, tal como o Sol, um vento estelar, que o cone de luz r\u00e1dio do pulsar teria de atravessar antes do radiotelesc\u00f3pio receber um sinal. Neste caso, o vento estelar influenciaria caracteristicamente as frequ\u00eancias do sinal de r\u00e1dio. No entanto, n\u00e3o h\u00e1 sinais de tal efeito nos dados de r\u00e1dio. Tudo indica que o misterioso objeto \u00e9 um remanescente extremamente denso de uma estrela colapsada: um buraco negro ou outra estrela de neutr\u00f5es que n\u00e3o emite ondas de r\u00e1dio.<\/p>\n\n\n\n

A procura por pistas continua: os astr\u00f3nomos n\u00e3o s\u00f3 deduziram a \u00f3rbita a partir das medi\u00e7\u00f5es das diferen\u00e7as de velocidade do “rel\u00f3gio” do pulsar, como tamb\u00e9m reduziram a massa do segundo objeto at\u00e9 2,09-2,71 massas solares. Isto significa que a companheira pode ser mais massiva do que as estrelas de neutr\u00f5es mais pesadas conhecidas (cerca de duas massas solares) e, ao mesmo tempo, mais leve do que os buracos negros mais leves conhecidos (cerca de cinco massas solares). O objeto companheiro compacto que os investigadores detetaram com a ajuda do r\u00e1dio-pulsar cai, portanto, precisamente na chamada lacuna de massa dos buracos negros. A raz\u00e3o pela qual ainda n\u00e3o foi encontrado nenhum outro objeto compacto entre duas e cinco massas solares n\u00e3o \u00e9 totalmente compreendida. “Este objeto, seja o que for, \u00e9 deveras excitante”, diz Paulo Freire do Instituto Max Planck de Radioastronomia. “Se for um buraco negro, ser\u00e1 o primeiro sistema pulsar-buraco negro conhecido, o que tem sido o ‘Santo Graal’ da astronomia de pulsares durante d\u00e9cadas! Se for uma estrela de neutr\u00f5es, isto ter\u00e1 implica\u00e7\u00f5es fundamentais para a nossa compreens\u00e3o do estado desconhecido da mat\u00e9ria a estas densidades incr\u00edveis!”<\/p>\n\n\n\n

Nascidos de estrelas de neutr\u00f5es?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

As estrelas de neutr\u00f5es, os remanescentes ultradensos das explos\u00f5es de supernovas, s\u00f3 podem ter at\u00e9 uma determinada massa. Quando ganham demasiada massa, talvez por consumirem outra estrela ou por colidirem com um objeto do mesmo tipo, entram em colapso. Qual exatamente o objeto resultante, ap\u00f3s o colapso, \u00e9 motivo de muita especula\u00e7\u00e3o, tendo sido propostos v\u00e1rios cen\u00e1rios selvagens e maravilhosos de estrelas ex\u00f3ticas. A opini\u00e3o predominante, no entanto, \u00e9 que as estrelas de neutr\u00f5es colapsam para se tornarem buracos negros, objetos gravitacionalmente t\u00e3o atrativos que nem a luz lhes consegue escapar. A teoria, apoiada pela observa\u00e7\u00e3o, diz-nos que os buracos negros mais leves que podem ser criados por estrelas colapsadas s\u00e3o cerca de 5 vezes mais massivos do que o Sol. Isto \u00e9 consideravelmente mais do que as 2,2 massas solares necess\u00e1rias para o colapso de uma estrela de neutr\u00f5es, dando origem ao que \u00e9 conhecido como a lacuna de massa dos buracos negros. A natureza dos objetos compactos, nesta gama de massas, \u00e9 desconhecida e o estudo detalhado tem-se revelado at\u00e9 agora um desafio, uma vez que apenas vislumbres fugazes de tais objetos foram captados em observa\u00e7\u00f5es das ondas gravitacionais produzidas por eventos de fus\u00e3o no Universo distante.<\/p>\n\n\n

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A equipa prop\u00f5e que o sistema detetado \u00e9 o resultado de uma hist\u00f3ria de forma\u00e7\u00e3o bastante ex\u00f3tica, apenas poss\u00edvel devido ao seu ambiente local particular. O sistema encontra-se no enxame globular NGC 1851, uma densa cole\u00e7\u00e3o de estrelas antigas, enxame globular este muito mais compacto do que as estrelas do resto da Gal\u00e1xia. Aqui, a densidade estelar \u00e9 t\u00e3o grande que as estrelas podem interagir umas com as outras, perturbando as \u00f3rbitas e, nos casos mais extremos, colidindo umas com as outras. \u00c9 uma dessas colis\u00f5es, entre duas estrelas de neutr\u00f5es, que se prop\u00f5e ter criado o objeto massivo que agora orbita o r\u00e1dio-pulsar.
No lado esquerdo da figura mostra-se como o pulsar PSR J0514-4002E pode ter sido formado. A mat\u00e9ria de uma estrela companheira \u00e9 atra\u00edda para a superf\u00edcie de uma estrela de neutr\u00f5es. Isto tamb\u00e9m transfere momento angular para a estrela de neutr\u00f5es, o que acelera a rota\u00e7\u00e3o da estrela de neutr\u00f5es em torno do seu pr\u00f3prio eixo. O resultado \u00e9 um pulsar com rota\u00e7\u00e3o r\u00e1pida e uma an\u00e3 branca que se orbitam uma \u00e0 outra – uma configura\u00e7\u00e3o t\u00edpica observada em toda a Gal\u00e1xia.
O lado direito da imagem mostra como o misterioso objeto que orbita o r\u00e1dio-pulsar poder\u00e1 ter sido formado. Duas estrelas de neutr\u00f5es em \u00f3rbita emitem ondas gravitacionais, fazendo com que o sistema perca energia e a \u00f3rbita diminua com o tempo. Isto eventualmente leva \u00e0 fus\u00e3o das estrelas de neutr\u00f5es. O resultado desta fus\u00e3o \u00e9 um buraco negro isolado de baixa massa ou possivelmente uma estrela de neutr\u00f5es supermassiva. Mais tarde, o buraco negro e o sistema r\u00e1dio-pulsar\/an\u00e3 branca encontram-se, resultando numa troca em que o mais leve dos tr\u00eas objetos (neste caso, a an\u00e3 branca) \u00e9 expulso de \u00f3rbita. O resultado \u00e9 um sistema est\u00e1vel pulsar – buraco negro.
Cr\u00e9dito: Thomas Tauris (Universidade de Aalborg\/Instituto Max Planck de Radioastronomia<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Embora a equipa n\u00e3o possa dizer de forma conclusiva se descobriu a estrela de neutr\u00f5es mais massiva que se conhece, o buraco negro mais leve que se conhece ou at\u00e9 mesmo uma nova e ex\u00f3tica variante estelar, o que \u00e9 certo \u00e9 que descobriu um laborat\u00f3rio \u00fanico para investigar as propriedades da mat\u00e9ria sob as condi\u00e7\u00f5es mais extremas do Universo. “Este sistema ainda tem muito para nos fornecer”, diz Arunima Dutta. “Descobrir a verdadeira natureza da companheira ser\u00e1 um ponto de viragem na nossa compreens\u00e3o das estrelas de neutr\u00f5es, dos buracos negros e de tudo o que mais possa estar \u00e0 espreita na lacuna de massa dos buracos negros!”.<\/p>\n\n\n\n

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