Esses “relógios cósmicos” podem ajudar os pesquisadores a responder a grandes questões da física.
Uma equipe internacional de astrônomos descobriu oito raros pulsares de milissegundos escondidos dentro de densos aglomerados de estrelas ao redor da Via Láctea.
Um pulsar é uma estrela de nêutrons – objetos estelares do tamanho de uma cidade embalados com uma massa de pelo menos 1,4 vezes a massa do nosso Sol, que emergem da morte explosiva de suas estrelas-mãe – que emite dois feixes de ondas de rádio em cada pólo, devido ao seu forte campo magnético, enquanto também gira rapidamente devido à sua massa incrivelmente grande. De nossa perspectiva, eles parecem estrelas cintilantes, visíveis apenas quando os raios brilham diretamente para nós.
“A grande maioria dos pulsares giram uma vez a cada poucas centenas de milissegundos ou mais”, ou um punhado de vezes por segundo, disse o autor principal Alessandro Ridolfi, pesquisador de pós-doutorado no Observatório Astronômico de Cagliari, na Itália, ao Live Science. “Um pulsar de milissegundo, por outro lado, é um pulsar que gira centenas de vezes por segundo ou, equivalentemente, uma vez a cada poucos milissegundos.”
Em um novo estudo, Ridolfi e seus colegas usaram o telescópio MeerKAT – uma série de 64 antenas parabólicas individuais operadas pelo Observatório de Radioastronomia da África do Sul (SARAO) – para pesquisar especificamente por pulsares de milissegundos, que são muito mais raros do que pulsares de rotação mais lenta. Para fazer isso, eles se concentraram em nove aglomerados globulares – uma coleção de estrelas que estão unidas por sua própria gravidade e orbitam fora da borda de uma galáxia – em torno da Via Láctea; eles encontraram pulsares de oito milissegundos dentro de cinco desses aglomerados, tornando-o um dos maiores estudos de pulsar de milissegundos até agora.
Sistemas binários
Pulsares de milissegundos são bastante raros porque seus giros rápidos podem ser alcançados apenas em sistemas binários. Em tais sistemas, dois corpos estelares giram em torno um do outro; para pulsares, o parceiro da estrela de nêutrons é geralmente uma estrela como o nosso sol, mas ocasionalmente um membro do binário é algo mais exótico, como uma anã branca, outra estrela de nêutrons ou até mesmo um buraco negro, disse Ridolfi.
“Para alcançar uma velocidade de rotação tão alta, a estrela de nêutrons precisa adquirir movimento rotacional roubando matéria de uma estrela companheira por um longo tempo”, o que significa bilhões de anos, disse Ridolfi. “Por esta razão, os pulsares de milissegundos só podem se formar em sistemas binários e são muito mais raros do que os outros pulsares.”
No entanto, os aglomerados globulares estão repletos de estrelas e sujeitos a fortes forças gravitacionais, o que torna muito mais provável a formação de sistemas binários. Como resultado, mais dos pulsares dentro dessas regiões podem se tornar pulsares de milissegundos.
“Mais de 90% dos pulsares conhecidos em aglomerados globulares são pulsares de milissegundos”, disse Ridolfi. “E mais da metade de todos os pulsares de milissegundos conhecidos são hospedados por aglomerados globulares.”
Relógios cósmicos
Os astrônomos adoram estudar pulsares de milissegundos porque eles giram a uma taxa constante.
“Pulsares de milissegundos podem ser considerados relógios cósmicos superprecisos”, disse Ridolfi. “Eles giram muito mais estável do que os pulsares de período mais longo e, portanto, são muito mais adequados para experimentos de alta precisão.”
Por exemplo, esses faróis cósmicos giratórios podem ser usados para medir a massa de estrelas de nêutrons, estudar a evolução de sistemas binários, detectar ondas gravitacionais, localizar buracos negros no centro de aglomerados globulares, testar a Relatividade Geral – teoria de Einstein de como a matéria deforma o espaço -time – e realizar muitos experimentos de física mais complexos, disse Ridolfi.
Os pesquisadores estão particularmente interessados em um dos novos pulsares de milissegundos, PSR J1823-3021G, porque ele tem uma órbita incomum.
“É um pulsar binário de milissegundos em uma órbita muito elíptica, que é o resultado de uma troca de companheiros”, disse Ridolfi. “Com toda a probabilidade, a estrela de nêutrons estava originalmente em órbita com uma companheira mais leve, que mais tarde foi substituída pela companheira atual, mais massiva, como consequência de um encontro próximo.”
É também o maior dos novos pulsares de milissegundos e pode ser duas vezes mais pesado que o nosso sol, o que é “muito raro”, disse Ridolfi.
Atualizações de telescópio
Apesar de ser teoricamente muito comum dentro de aglomerados globulares, os pulsares de milissegundos raramente saem de seus esconderijos, disse Ridolfi.
No entanto, novos telescópios avançados, incluindo o MeerKAT, estão finalmente permitindo que os astrônomos examinem os aglomerados globulares e descubram mais deles.
“Com os novos telescópios que acabaram de ser construídos, já aumentamos o número de pulsares de aglomerados globulares, quase todos pulsares de milissegundos, em quase 50% em apenas alguns anos”, disse Ridolfi.
Este estudo usou apenas 44 das antenas que compõem o telescópio MeerKAT; astrônomos do mesmo projeto de pesquisa, Transientes e Pulsares com MeerKAT (TRAPUM), já estão trabalhando em uma nova “pesquisa de pulsar de aglomerado globular” usando todos os 64 pratos para se concentrar em 28 aglomerados globulares, que poderiam revelar dezenas de pulsares de milissegundos, disse Ridolfi .
“Entre essas descobertas, esperamos muito encontrar um sistema binário feito de pulsares de dois milissegundos ou um pulsar orbitando um buraco negro de massa estelar”, disse Ridolfi. Esse seria um dos “Santo Graal da astronomia do pulsar”.
No futuro, telescópios ainda maiores como o Square Kilometer Array – um conjunto de telescópios proposto que consiste em milhares de pratos e milhões de antenas de todo o mundo, dos quais o MeerKAT fará parte – também ajudarão a descobrir mais desses pulsares que giram rapidamente e ajudar a responder a mais perguntas sobre o universo, disse Ridolfi.
Publicado em 08/05/2021 02h12
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