Novos cálculos feitos por físicos entediados nos trouxeram um pouco mais perto de entender como o material pode cair sobre estrelas de nêutrons para lançar rajadas poderosas de raios-X.
Se plasma suficiente for atraído gravitacionalmente para a estrela morta de uma companheira binária, sua massa será suficiente para forçar um caminho através da barreira criada pelo poderoso campo magnético da estrela de nêutrons, abrindo caminho para a atmosfera da estrela de nêutrons.
É uma parte significativa do mistério não resolvido de longa data da acumulação de estrelas de nêutrons e erupções de raios-X. A descoberta pode nos ajudar a entender melhor o comportamento do plasma em campos magnéticos – algo que pode ser aplicável ao desenvolvimento da fusão do plasma aqui na Terra.
“Esta pesquisa começou com questões abstratas”, disse o físico de plasma Russell Kulsrud, do Laboratório de Física de Plasma de Princeton.
“Como pode a matéria de uma estrela companheira romper o poderoso campo magnético de uma estrela de nêutrons para produzir raios X, e o que causa as mudanças observadas nesses campos?”
As estrelas de nêutrons estão entre os objetos mais densos do Universo. São o que acontece quando uma estrela de certa massa (entre 8 e 30 vezes a massa do Sol) atinge o final de sua vida útil de sequência principal e morre.
O material externo da estrela é explodido em uma explosão de supernova, enquanto o núcleo da estrela colapsa gravitacionalmente, formando uma esfera ultradensa e compacta que, ao longo de milhões de anos, deixará de brilhar – a única coisa que a mantém brilhando é o calor residual.
Quando dizemos denso, queremos dizer denso também. A única coisa mais densa é um buraco negro (no qual, se a estrela precursora tivesse mais do que 30 massas solares, o núcleo teria colapsado). Uma estrela de nêutrons tem cerca de 1,5 vezes a massa do Sol, compactada em algo de talvez 10 quilômetros (6,2 milhas) de diâmetro.
Esses objetos extremos ficam lá no espaço, normalmente com um campo magnético trilhões de vezes mais forte que o da Terra. Às vezes, eles são acompanhados por um companheiro binário, a uma distância próxima o suficiente para que a estrela de nêutrons possa capturar e acumular material da atmosfera do companheiro.
Quando isso acontece, o material forma um disco que se alimenta da estrela de nêutrons, ganhando energia à medida que acelera devido à gravidade. Essa energia escapa na forma de radiação X, geralmente concentrada em colunas ou pontos de acesso nos pólos da estrela de nêutrons. Nós sabemos que isso acontece; nós observamos isso. Mas a questão de como o plasma pode passar pelo campo magnético permaneceu.
Felizmente, Kulsrud tinha algum tempo disponível.
“Quando a pandemia começou e todos estavam confinados em suas casas, decidi adotar o modelo de uma estrela de nêutrons e descobrir algumas coisas”, explicou ele.
Ele e seu colega, o astrofísico Rashid Sunyaev, do Instituto Max Planck de Astrofísica, na Alemanha, realizaram modelagem matemática para descobrir se o plasma se ancora e arrasta o campo magnético ou consegue escapar, deixando-o intacto.
De acordo com seus cálculos, é o último. Se a massa do plasma em queda for alta o suficiente, ele pode exercer pressão gravitacional no campo magnético. Isso produz uma cascata de flutuações na força do campo magnético, resultando em uma instabilidade que permite que o plasma passe.
Uma vez que o plasma está do outro lado, ele é canalizado ao longo das linhas do campo magnético da estrela de nêutrons para os pólos, onde se acumula na estrela de nêutrons.
De acordo com este modelo, o plasma que se acumula no pólo se torna muito pesado para permanecer apoiado na superfície e afunda no interior da estrela de nêutrons. A pressão interna adicional nos pólos distorce o campo magnético. Com o tempo, a pressão faz com que o plasma que entra se espalhe por toda a superfície da estrela de nêutrons, gerando radiação-X global.
“A massa adicionada à superfície da estrela de nêutrons pode distorcer a região externa do campo magnético da estrela”, disse Kulsrud. “Se você estiver observando a estrela, verá que a radiação emitida pelo campo magnético mudará gradualmente. E de fato é isso que vemos.”
A equipe observa que é improvável que suas especulações se apliquem a todas as estrelas de nêutrons, porque o tratamento da instabilidade é aproximado. No entanto, as descobertas prevêem a mudança na forma do campo magnético ao longo do tempo, bem como um resultado final.
Ao longo de algumas dezenas de milhares de anos, a estrela de nêutrons aumentará gradualmente sua massa, bem como seu raio, a uma taxa de cerca de um milímetro por ano, finalmente atingindo um estado estacionário para seu campo magnético.
E a matemática poderia ter aplicações no desenvolvimento de reatores de fusão tokamak, que usam campos magnéticos para confinar o plasma.
“Embora não haja nenhuma aplicação direta dessa pesquisa para o desenvolvimento da energia de fusão, a física é paralela”, disse Kulsrud.
“A difusão de energia através de tokamaks, instalações de fusão em forma de rosca usadas em todo o mundo, se assemelha à difusão de matéria através do campo magnético de uma estrela de nêutrons.”
Publicado em 26/05/2021 04h29
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