Finalmente, os cientistas têm o dedo no pulso.
Estrelas mortas em rotação, conhecidas como pulsares, lançam poderosos feixes de ondas de rádio no espaço. Quando um pulsar gira, seus feixes passam pela Terra, produzindo um sinal pulsante semelhante aos flashes de um farol. Os astrônomos agora mapearam a estrutura dos feixes de um pulsar, usando observações feitas ao longo de décadas. A técnica baseia-se na teoria da gravidade de Albert Einstein, na relatividade geral e, simultaneamente, confirma que a teoria está correta, relatam os cientistas na Science, em 6 de setembro.
O resultado permitiu que os pesquisadores “visualizassem o feixe de um pulsar de uma maneira totalmente nova”, diz a astrofísica Victoria Kaspi, da Universidade McGill, em Montreal, que não participou do novo estudo.
Os pulsares são um tipo de estrela de nêutrons, um denso remanescente deixado para trás quando uma estrela explode. Campos magnéticos poderosos direcionam ondas de rádio de um pulsar para fora em feixes. Normalmente, esses feixes passam pela Terra em um ângulo fixo, e os cientistas podem vislumbrar apenas uma única fatia através de um feixe enquanto ele gira – como ver um farol de farol através de uma pequena fenda.
Mas o pulsar recém-mapeado, conhecido como PSR J1906 + 0746, era incomum: fazia parte de uma dupla, orbitando com outra estrela de nêutrons, a cerca de 20.000 anos-luz de distância da Terra (SN: 18/12/15). De acordo com a relatividade geral, se um pulsar gira em um ângulo desalinhado com a órbita do par – como é o caso -, o pulsar irá precessar. Isso significa que o eixo no qual o pulsar está girando gira, como um topo oscilante.
Ponto brilhante
Os pesquisadores mapearam ondas de rádio de dois feixes emitidos por um pulsar (um mapa mostrado). À medida que o eixo da estrela girava, os cientistas observavam diferentes fatias do feixe, em diferentes períodos de tempo (linhas pontilhadas). Linhas diagonais em cinza indicam períodos em que nenhuma medida foi tomada. A extensão angular do feixe do pulsar é marcada com círculos e um dos pólos magnéticos do pulsar com uma cruz vermelha. O brilho das ondas de rádio (mostrado em uma escala logarítmica) variou significativamente em diferentes pontos do feixe.
Essa precessão permitiu aos cientistas capturar diferentes fatias do feixe, observando o pulsar ao longo do tempo enquanto ele girava. “Com isso, podemos aprender muitas coisas sobre a estrutura da emissão”, diz Gregory Desvignes, do Instituto Max Planck de Radioastronomia, em Bonn, Alemanha.
Desvignes e colegas monitoraram a intensidade do feixe e sua polarização, a orientação da oscilação das ondas eletromagnéticas que o compõem. A polarização validou uma teoria de 50 anos sobre a geometria dos pulsares e seus campos magnéticos.
E em uma vitória para Einstein, o pulsar recuou a uma taxa de cerca de 2,2 graus por ano – de acordo com as previsões da relatividade geral.
“É inacreditável”, diz Kaspi. “Você olha para ele e diz: ‘uau, isso não é maravilhoso?'”
Os resultados também revelaram algumas características inesperadas do pulsar. Em vez dos feixes circulares semelhantes a faróis, geralmente assumidos para pulsares, os feixes desse pulsar eram alongados. “Ele tem esse tipo de forma engraçada”, diz a astrofísica Maura McLaughlin, da West Virginia University, em Morgantown, que não participou da pesquisa. “Isso é legal porque mostra que os pulsares não são simples”, diz ela. E dentro do feixe, as ondas de rádio variavam de brilho em um fator de várias centenas de um ponto para outro.
O novo retrato pulsar pode significar que os cientistas precisam repensar algumas estimativas anteriores de quão comuns são as estrelas de nêutrons e com que frequência elas se associam. Se uma estrela de nêutrons possui raios que nunca passam pela Terra, ela não parece pulsar. Portanto, para explicar o número que os astrônomos não vêem, eles precisam de estimativas precisas do tamanho e formato dos feixes dos pulsares.
Trabalhos futuros podem definir melhor o censo de estrelas de nêutrons e isso pode ajudar os cientistas a estudar ondas gravitacionais. As ondulações no espaço-tempo podem ser criadas quando duas estrelas orbitais de nêutrons se chocam umas com as outras (SN: 10/16/17). Portanto, melhores estimativas da população de pares de nêutrons podem ajudar a prever com que frequência as ondulações de suas colisões podem provocar os detetores no futuro (SN: 5/6/19).
E esse pulsar incomum será passageiro, prevêem os pesquisadores. Seu ângulo está mudando tanto que, em 2028, seus raios desaparecerão inteiramente da visão da Terra.
Publicado em 12/09/2019
Artigo original: https://www.sciencenews.org/article/einstein-general-relativity-reveals-new-features-pulsar
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