O Telescópio Espacial Fermi de raios gama da NASA detectou uma “tempestade” rápida de explosões de alta energia de uma estrela de nêutrons altamente magnetizada, também chamada magnetar, em 22 de janeiro de 2009. Agora, os astrônomos que analisam esses dados descobriram sinais subjacentes relacionados a ondas sísmicas ondulando por todo o magnetar.
Tais sinais foram identificados pela primeira vez durante o desaparecimento de explosões gigantes raras produzidas por magnetares. Nos últimos 40 anos, explosões gigantes foram observadas apenas três vezes – em 1979, 1998 e 2004 – e sinais relacionados a terremotos, que fizeram as estrelas de nêutrons tocarem como um sino, foram identificados apenas nos dois eventos mais recentes.
“O Monitor de Explosão de Raios Gama (GBM) da Fermi capturou a mesma evidência de erupções menores e muito mais frequentes chamadas explosões, abrindo o potencial para uma riqueza de novos dados para nos ajudar a entender como as estrelas de nêutrons são reunidas”, disse Anna Watts , astrofísico da Universidade de Amsterdã, na Holanda, e coautor de um novo estudo sobre a tempestade. “Acontece que o GBM da Fermi é a ferramenta perfeita para este trabalho.”
Estrelas de nêutrons são os objetos mais densos, magnéticos e de rotação mais rápida do universo que os cientistas podem observar diretamente. Cada um é o núcleo esmagado de uma estrela maciça que ficou sem combustível, desabou com seu próprio peso e explodiu como uma supernova. Uma estrela de nêutrons agrupa a massa equivalente de meio milhão de terras em uma esfera de cerca de 20 quilômetros de diâmetro, aproximadamente o comprimento da ilha de Manhattan na cidade de Nova York.
Enquanto estrelas típicas de nêutrons possuem campos magnéticos trilhões de vezes mais fortes que os da Terra, a atividade eruptiva observada dos magnetares exige campos 1.000 vezes mais fortes ainda. Até o momento, os astrônomos confirmaram apenas 23 magnetares.
Como a crosta sólida de uma estrela de nêutrons está bloqueada em seu intenso campo magnético, uma ruptura de uma afeta imediatamente a outra. Uma fratura na crosta levará a um rearranjo do campo magnético, ou uma súbita reorganização do campo magnético pode, em vez disso, quebrar a superfície. De qualquer forma, as mudanças provocam uma liberação repentina de energia armazenada por meio de rajadas poderosas que vibram a crosta, um movimento que é impresso nos sinais de raios gama e raios X da explosão.
É necessária uma quantidade incrível de energia para convulsionar uma estrela de nêutrons. A comparação mais próxima da Terra é o terremoto chileno de 9,5 graus de 1960, que é o mais poderoso já registrado na escala padrão usada pelos sismólogos. Nessa escala, disse Watts, um terremoto associado a uma erupção magnetar gigante atingiria a magnitude 23.
A tempestade de 2009 veio do SGR J1550-5418, um objeto descoberto pelo Observatório Einstein da NASA, que operou de 1978 a 1981. Localizado a cerca de 15.000 anos-luz de distância na constelação Norma, o magnetar estava quieto até outubro de 2008, quando entrou em um período de atividade eruptiva que terminou em abril de 2009. Às vezes, o objeto produzia centenas de explosões em menos de 20 minutos, e as explosões mais intensas emitiam mais energia total do que o sol em 20 anos. Os instrumentos de alta energia em muitas naves espaciais, incluindo o Swift e o Rossi Timing Explorer da NASA, detectaram centenas de explosões de raios gama e raios-X.
Falando no Quinto Simpósio Internacional da Fermi em Nagoya, no Japão, em 21 de outubro de 2014, Watts disse que o novo estudo examinou 263 explosões individuais detectadas pelo GBM da Fermi e confirma vibrações nas faixas de frequência anteriormente vistas em explosões gigantes. “Acreditamos que estas são provavelmente oscilações da estrela em que a crosta e o núcleo, ligados pelo campo magnético super-forte, estão vibrando juntos”, explicou ela. “Também descobrimos, em uma única explosão, uma oscilação em uma frequência nunca vista antes e que ainda não entendemos”.
Um elemento-chave da pesquisa é uma nova técnica de análise desenvolvida pela pesquisadora da Universidade de Amsterdã Daniela Huppenkothen. Normalmente, os cientistas pesquisam oscilações nos dados de alta energia procurando variações alinhadas a uma frequência específica. Esses métodos são mais adequados para encontrar um sinal forte com pouca concorrência, em vez de um sinal fraco imerso em um ambiente brilhante e de rápidas mudanças, como uma explosão.
Huppenkothen compara o problema à detecção de ondulações de uma pedra lançada em um lago tranquilo. “Agora imagine que você está no meio do Atlântico Norte durante uma tempestade, procurando aquelas ondas em meio a ondas enormes em um mar revolto”, explicou ela. “Nossos métodos antigos realmente não eram apropriados para isso, mas na verdade desenvolvi uma maneira de explicar o mar agitado, para que possamos encontrar ondulações mesmo em condições de tempestade”.
Um artigo descrevendo a pesquisa, liderada por Huppenkothen, apareceu na edição de 1º de junho do The Astrophysical Journal.
Embora haja muitos esforços para descrever o interior das estrelas de nêutrons, os cientistas carecem de detalhes observacionais suficientes para escolher entre modelos diferentes. As estrelas de nêutrons atingem densidades muito além do alcance dos laboratórios e seus interiores podem exceder a densidade de um núcleo atômico em até 10 vezes. Saber mais sobre como as explosões sacudem essas estrelas dará aos teóricos uma nova janela importante para entender sua estrutura interna.
“No momento”, acrescentou Watts, “estamos aguardando mais explosões – e, se tivermos sorte, um surto gigante – para tirar proveito das excelentes capacidades do GBM”.
Publicado em 10/12/2019
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