Cientistas do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Russa de Ciências (IKI) e Observatório Pulkovo descobriram uma estrela de nêutrons única, cujo campo magnético só é aparente quando a estrela é vista sob um certo ângulo em relação ao observador. Anteriormente, todas as estrelas de nêutrons podiam ser agrupadas em duas famílias grandes: a primeira incluía objetos onde o campo magnético se manifesta durante todo o ciclo de rotação, e a outra incluía objetos onde o campo magnético não é medido.
A estrela de nêutrons GRO J2058 + 42 estudada pelos pesquisadores oferece uma visão da estrutura interna do campo magnético de uma estrela de nêutrons apenas em uma determinada fase do seu período de rotação. O trabalho foi publicado no Astrophysical Journal Letters.
A estrela de nêutrons no sistema GRO J2058 + 42 foi descoberta há quase um quarto de século atrás com o Observatório Gampton de Raios-Compton (CGRO) nos EUA. Pertence à classe dos chamados pulsares de raios X transitórios. Este objeto foi estudado usando instrumentos diferentes e nada o diferencia de outros objetos de sua classe. Somente observações recentes com o observatório espacial NuSTAR, que possuem uma excelente combinação de alta resolução de energia (<400 eV) e faixa de energia extremamente ampla (3-79 keV), permitiram aos cientistas detectar uma característica peculiar na emissão do pulsar, potencialmente causando é o primeiro objeto de sua própria família.
Uma linha de absorção de ciclotron foi registrada no espectro de energia da fonte que permite estimar a força do campo magnético da estrela de nêutrons. Esse fenômeno observacional (linha do ciclotron) não é novo e é atualmente observado em aproximadamente 30 pulsares de raios-X. A singularidade da descoberta dos cientistas russos é que essa linha se manifesta apenas quando a estrela de nêutrons é vista em um determinado ângulo em relação ao observador. Essa descoberta foi possível devido a uma análise “tomográfica” detalhada do sistema. Os espectros de raios X da estrela de nêutrons GROJ2058 + 42 foram medidos em dez direções diferentes e apenas em um deles foi encontrada uma depressão significativa na intensidade de emissão em torno de 10 keV. Essa energia corresponde aproximadamente à força do campo magnético de 1012 G na superfície da estrela de nêutrons. O resultado obtido é especialmente interessante devido ao registro simultâneo de harmônicos mais altos da linha do ciclotron na mesma fase de rotação da estrela de nêutrons.
Estrelas de nêutrons são objetos superdensos com um raio de cerca de 10 km e a massa de 1,4-2,5 vezes a massa do Sol. Estrelas de nêutrons nascem como resultado de explosões de supernovas que podem levar a tal compressão da matéria que os elétrons se fundem com prótons e formam nêutrons, resultando em massas colossais em pequenos volumes. Além disso, a força do campo magnético na superfície da estrela de nêutrons após o colapso pode atingir 1011-1012 G (que é dezenas de milhões de vezes maior do que a alcançada nos laboratórios mais poderosos da Terra). Normalmente, as estrelas de nêutrons têm uma configuração dipolo do campo magnético – ou seja, eles têm dois pólos (semelhantes à Terra, que possui os pólos magnéticos norte e sul).
Algumas estrelas de nêutrons podem formar sistemas binários com estrelas normais, capturando matéria de seus companheiros normais e agregando-a em pólos magnéticos. Esse processo é um pouco semelhante ao da Terra que captura partículas de vento solar, o que resulta em um fenômeno conhecido como aurora. Se o eixo de rotação da estrela de nêutrons não coincidir com o seu eixo magnético, o observador registrará um sinal periódico, como o de um farol, e a estrela aparecerá como um pulsar de raios-X.
O GRO J2058 + 42 é um pulsar de raios-X muito peculiar porque sua emissão pode ser observada apenas durante explosões brilhantes. Esse comportamento é explicado pelo fato de a estrela companheira nesse sistema pertencer à chamada classe Be stars. Tais estrelas giram em torno de seu eixo tão rapidamente que um disco de matéria que sai (ou a chamada decretação) se forma em torno de seu equador. À medida que a estrela de nêutrons se move em torno de um componente normal de alta massa, a matéria desse disco começa a fluir para sua superfície, o que leva a uma explosão ou a um aumento rápido da luminosidade. Estes são momentos ideais para o estudo das propriedades físicas de tais objetos.
Tais estudos são tipicamente complicados pelo fato de que as explosões na maioria desses sistemas são bastante raras e não podem ser previstas com segurança. Portanto, é importante organizar prontamente as observações com observatórios espaciais quando esses eventos ocorrerem. Os cientistas dos institutos mencionados acima tiveram a sorte de acompanhar o início de uma nova explosão do GRO J2058 + 42 e organizar rapidamente séries de observações com o observatório NuSTAR. Essas observações mostraram que o campo magnético se manifesta apenas durante certas fases da rotação estelar de nêutrons, o que pode apontar para sua configuração ou peculiaridades incomuns na geometria do sistema. Os resultados obtidos foram tão intrigantes que os cientistas russos contataram seus colegas da equipe do NuSTAR e sugeriram a realização de observações adicionais que confirmavam os achados iniciais.
Em geral, possíveis inomogeneidades na estrutura do campo magnético de estrelas de nêutrons foram previstas por cálculos teóricos, mas anteriormente acreditava-se que essas não homogeneidades se formavam apenas por meio de explosões curtas, observadas por magnetares. A descoberta pelos cientistas russos provou pela primeira vez que o campo magnético de uma estrela de nêutrons tem uma estrutura consideravelmente mais complexa do que se acreditava anteriormente, e que essa estrutura complexa pode manter sua forma por um longo tempo e ser fundamental propriedade de um objeto.
Alexander Lutovinov, professor da Academia Russa de Ciências, diretor adjunto de pesquisa do Instituto de Pesquisas Espaciais, professor do MIPT e um dos autores da descoberta, disse: “A estrutura dos campos magnéticos das estrelas de nêutrons é uma questão fundamental de sua formação e evolução. Por um lado, a estrutura dipolar da estrela progenitora deve ser preservada durante o colapso, mas, por outro lado, até o nosso próprio Sol possui inomogeneidades de campos magnéticos locais que se manifestam como manchas de sol. Estruturas semelhantes foram teoricamente previstas para estrelas de nêutrons. Também é ótimo testemunhá-los em dados reais pela primeira vez. Os teóricos agora terão novos dados factuais para sua modelagem e teremos uma nova ferramenta para estudar parâmetros de estrelas de nêutrons “.
Publicado em 10/12/2019
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