Os astrônomos descobriram um objeto celeste que desafia a classificação, talvez revelando um novo tipo de entidade cósmica no limite da física conhecida.

Às vezes, os astrônomos encontram objetos no céu que não conseguimos explicar facilmente. Em nossa nova pesquisa, Publicados em Ciênciasrelatamos tal descoberta, que provavelmente suscitará debate e especulação.

As estrelas de nêutrons são alguns dos objetos mais densos do universo. Compacto como o núcleo de um átomo, mas tão grande como uma cidade, transcende os limites da nossa compreensão da matéria última. Quanto mais pesada for uma estrela de nêutrons, maior será a probabilidade de ela eventualmente colapsar em algo mais denso: um buraco negro.

Uma representação artística do sistema assumindo que a massiva estrela companheira é um buraco negro. A estrela de fundo mais brilhante é a sua companheira em órbita, o pulsar de rádio PSR J0514-4002E. As duas estrelas estão separadas por uma distância de 8 milhões de quilômetros e orbitam uma à outra a cada 7 dias. Crédito: Daniel Futselaar (artsource.nl)

Limites de compreensão: estrelas de nêutrons e buracos negros

Estes objetos astrofísicos são tão densos, e a sua gravidade tão forte, que os seus núcleos – quaisquer que sejam – estão permanentemente cobertos do universo por horizontes de eventos: superfícies de completa escuridão das quais nenhuma luz pode escapar.

Se quisermos compreender a física no ponto de inflexão entre as estrelas de nêutrons e os buracos negros, devemos encontrar objetos nessas fronteiras. Em particular, devemos encontrar objetos dos quais possamos fazer medições precisas durante longos períodos de tempo. E foi exatamente isso que encontramos – um objeto que não é claramente A Estrêla de Neutróns Nem um Buraco negro.

Imagem do Telescópio Espacial Hubble do aglomerado globular NGC 1851. Fonte da imagem: NASA, ESA e G. Piotto (Università degli Studi di Padova); Processador: Gladys Cooper (NASA/Universidade Católica da América)

Uma dança cósmica em NGC 1851

Isto foi quando olhei profundamente para o aglomerado de estrelas NGC 1851 O facto de termos descoberto o que parece ser um par de estrelas proporciona uma nova visão sobre os limites extremos da matéria no Universo. O sistema consiste em um milissegundo PulsarÉ um tipo de estrela de nêutrons em rotação rápida que varre raios de luz de rádio por todo o universo enquanto gira, e é um objeto massivo e oculto de natureza desconhecida.

O objeto massivo é escuro, o que significa que é invisível em todas as frequências de luz – desde o rádio até as faixas de luz, raios X e raios gama. Noutras circunstâncias, isso impossibilitaria o estudo, mas é aqui que o pulsar de milissegundos vem em nosso auxílio.

Pulsares de milissegundos são como relógios atômicos cósmicos. Suas rotações são incrivelmente estáveis ​​e podem ser medidas com precisão detectando o pulso de rádio regular que produzem. Embora intrinsecamente constante, o spin observado muda quando o pulsar está em movimento ou quando o seu sinal é afetado por um forte campo gravitacional. Ao observar essas mudanças, podemos medir as propriedades dos objetos nas órbitas dos pulsares.

A equipe usou o radiotelescópio sensível MeerKAT, localizado na região semidesértica de Karoo, na África do Sul. Crédito: Sarao

Desvende o mistério com MeerKAT

Usamos nossa equipe internacional de astrônomos Radiotelescópio Meerkat Na África do Sul, para fazer tais observações do sistema, conhecido como NGC 1851E.

Isto permitiu-nos detalhar com precisão as órbitas dos dois objetos, mostrando que o seu ponto de maior aproximação muda com o tempo. Essas mudanças são descritas por Teoria da relatividade de Einstein A velocidade da mudança nos diz a massa combinada dos objetos no sistema.

As nossas observações revelaram que o sistema NGC 1851E pesa cerca de quatro vezes mais que o nosso Sol, e que a companheira escura era, tal como um pulsar, um objeto compacto – muito mais denso que uma estrela normal. As estrelas de nêutrons mais massivas pesam cerca de duas vezes a massa do Sol, portanto, se este for um sistema estelar de nêutrons duplo (sistemas bem conhecidos e bem estudados), deve conter duas das estrelas de nêutrons mais pesadas já descobertas.

Para descobrir a natureza da companheira, precisaremos de compreender como a massa é distribuída no sistema interestelar. Novamente utilizando a relatividade geral de Einstein, podemos modelar o sistema em detalhe, encontrando uma massa para o companheiro entre 2,09 e 2,71 vezes a massa do Sol.

A massa da companheira cai dentro da “lacuna de massa do buraco negro” que fica entre as estrelas de nêutrons mais pesadas possíveis, que se acredita terem uma massa de cerca de 2,2 massas solares, e os buracos negros mais leves que podem se formar a partir do colapso estelar, que têm uma massa de cerca de 5 massas solares. A natureza e composição dos objetos nesta lacuna é uma questão pendente em astrofísica.

Potenciais candidatos

Então, o que exatamente encontramos?

Possível história de formação do radio pulsar NGC 1851E e sua estranha estrela companheira. Crédito: Thomas Torres (Universidade de Aalborg/MPIfR)

Uma possibilidade atraente é que tenhamos descoberto um pulsar orbitando os restos de uma fusão (colisão) de duas estrelas de nêutrons. Esta configuração incomum foi possível graças ao denso aglomerado de estrelas em NGC 1851.

Nesta pista de dança lotada, as estrelas circularão umas em torno das outras, trocando de parceiros numa valsa sem fim. Se duas estrelas de nêutrons fossem lançadas muito próximas uma da outra, sua dança terminaria desastrosamente.

O buraco negro criado pela sua colisão, que pode ser muito mais leve do que os criados pelo colapso das estrelas, fica livre para vagar pelo aglomerado até encontrar outro par de dançarinos valsando e se inserir descaradamente – afugentando o parceiro mais leve. Em tratamento. É este mecanismo de colisões e trocas que poderá levar ao sistema que observamos hoje.

Continue se esforçando

Ainda não terminamos este sistema. Já estão em curso trabalhos para determinar de forma conclusiva a verdadeira natureza da companheira e revelar se descobrimos o buraco negro mais leve ou a estrela de neutrões mais massiva – ou talvez nenhum dos dois.

Na fronteira entre estrelas de nêutrons e buracos negros, existe sempre a possibilidade de novos objetos astrofísicos, ainda desconhecidos.

Muita especulação certamente seguirá esta descoberta, mas o que já está claro é que este sistema é uma enorme promessa quando se trata de compreender o que realmente acontece com a matéria nos ambientes mais extremos do universo.

escrito por:

• Ewan D. Barr – Cientista do Projeto para Estrelas e Pulsares em Trânsito em colaboração com MeerKAT (TRAPUM), Instituto Max Planck de Radioastronomia
• Arunima Dutta – Doutoranda no Departamento de Pesquisa de Física Fundamental em Radioastronomia, Instituto Max Planck de Radioastronomia
• Benjamin Stubbers – Professor de Astrofísica, Universidade de Manchester

Adaptado de artigo publicado originalmente em Conversação.