5213: Estrela de neutrões reclusa pode ter sido encontrada em famosa super-nova

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Dados do Chandra e do NuSTAR fornecem evidências para a existência de uma estrutura conhecida como “nebulosa de vento de pulsar” no centro da Super-nova 1987A (SN 1987A). Uma nebulosa de vento de pulsar é uma nuvem de partículas carregadas e campos magnéticos criada por uma estrela de neutrões com rotação veloz. Se confirmada, será o culminar de uma investigação com décadas para encontrar o núcleo denso deixado para trás quando a estrela massiva colapsou e depois explodiu. Este evento de super-nova foi descoberto no dia 24 de Fevereiro de 1987, o primeiro capturado na época dos telescópios.
Crédito: raios-X do Chandra – NASA/CXC/Univ. di Palermo/E. Greco; ilustração: INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo/Salvatore Orlando

Desde que os astrónomos capturaram a explosão brilhante de uma estrela no dia 24 de Fevereiro de 1987, que os investigadores têm procurado o núcleo estelar esmagado que deveria ter sido deixado para trás. Um grupo de astrónomos, usando dados de missões espaciais da NASA e telescópios terrestres, pode finalmente tê-lo encontrado.

Como a primeira super-nova visível a olho nu em aproximadamente 400 anos, a Super-nova 1987A (ou SN 1987 para abreviar) gerou grande entusiasmo entre os cientistas e rapidamente se tornou um dos objectos mais estudados do céu. A super-nova está localizada na Grande Nuvem de Magalhães, uma pequena galáxia companheira da nossa própria Via Láctea, a apenas 170.000 anos-luz da Terra.

Enquanto os astrónomos assistiam à explosão de detritos para fora do local de detonação, também procuravam o que deveria ter permanecido do núcleo da estrela: uma estrela de neutrões.

Dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA e dados anteriormente não publicados do NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA, em combinação com dados do ALMA (Atacama Large Millimeter Array) relatados no ano passado, agora apresentam uma colecção intrigante de evidências para a presença da estrela de neutrões no centro de SN 1987A.

“Durante 34 anos, os astrónomos têm vasculhado os detritos estelares de SN 1987A para encontrar a estrela de neutrões que esperamos lá estar,” disse o líder do estudo, Emanuele Greco, da Universidade de Palermo, na Itália. “Tem havido muitas dicas que acabaram por ser becos sem saída, mas achamos que os nossos resultados mais recentes podem ser diferentes.”

Quando uma estrela explode, colapsa sobre si própria antes que as camadas externas sejam lançadas para o espaço. A compressão do núcleo torna-o um objecto extraordinariamente denso, com a massa do Sol comprimida num objecto com aproximadamente 16 km de diâmetro. Estes objectos foram apelidados de estrelas de neutrões, porque são compostos quase exclusivamente por neutrões densamente compactados. São laboratórios de física extrema que não podem ser replicados cá na Terra.

As estrelas de neutrões com rápida rotação e altamente magnetizadas, chamadas pulsares, produzem um feixe de radiação semelhante a um farol que os astrónomos detectam como pulsos quando a sua rotação varre o feixe pelo céu. Existe um subconjunto de pulsares que produzem ventos das suas superfícies – às vezes quase à velocidade da luz – e que criam estruturas intrincadas de partículas carregadas e campos magnéticos conhecidos como “nebulosas de vento pulsar”.

Com o Chandra e o NuSTAR, a equipa encontrou raios-X de energia relativamente baixa dos detritos de SN 1987A colidindo com o material circundante. A equipa também encontrou evidências de partículas altamente energéticas usando a capacidade do NuSTAR em detectar raios-X mais energéticos.

Existem duas explicações prováveis para esta emissão energética de raios-X: ou uma nebulosa de vento de pulsar ou partículas sendo aceleradas a altas energias pela onda de choque da explosão. O último efeito não requer a presença de um pulsar e ocorre a distâncias muito maiores do centro da explosão.

O estudo mais recente de raios-X apoia o caso da nebulosa de vento de pulsar – o que significa que a estrela de neutrões deve estar lá – argumentando em algumas frentes contra o cenário de aceleração da onda de choque. Primeiro, o brilho dos raios-X mais energéticos permaneceu quase o mesmo entre 2012 e 2014, enquanto a emissão de rádio detectada com o ATCA (Australia Telescope Compact Array) aumentou. Isto vai contra as expectativas para o cenário de onda de choque. Em seguida, os autores estimam que levaria quase 400 anos para acelerar os electrões até às energias mais altas vistas nos dados do NuSTAR, período de tempo mais de 10 vezes superior à idade do remanescente.

“Os astrónomos perguntam-se se ainda não passou tempo suficiente para a formação de um pulsar, ou mesmo se SN 1987A criou um buraco negro,” disse o co-autor Marco Miceli, também da Universidade de Palermo. “Este tem sido um mistério contínuo durante algumas décadas e estamos muito animados por trazer novas informações para a mesa com este resultado.”

Os dados do Chandra e do NuSTAR também apoiam um resultado de 2020 do ALMA que forneceu possíveis evidências para a estrutura de uma nebulosa de vento de pulsar na faixa de comprimentos de onda milimétricos. Embora esta “bolha” tenha outras potenciais explicações, a sua identificação como uma nebulosa de vento de pulsar poderia ser comprovada com os novos dados de raios-X. Esta é mais uma evidência que apoia a ideia de que existe uma estrela de neutrões deixada para trás.

Se isto for realmente um pulsar no centro de SN 1987A, será o mais jovem já encontrado.

“Ser capaz de assistir a um pulsar essencialmente desde o seu nascimento seria sem precedentes,” disse o co-autor Salvatore Orlando do Observatório Astronómico de Palermo, uma instalação do INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) na Itália. “Pode ser uma oportunidade única na nossa vida de estudar o desenvolvimento de um pulsar bebé.”

O centro de SN 1987A está rodeado por gás e poeira. Os autores usaram simulações de última geração para entender como este material absorveria os raios-X em diferentes energias, permitindo uma interpretação mais precisa do espectro de raios-X, ou seja, a quantidade de raios-X em diferentes energias. Isto permite-lhes estimar o aspecto do espectro das regiões centrais de SN 1987A sem o material obscurante.

Como geralmente acontece, são necessários mais dados para fortalecer o caso da nebulosa de vento de pulsar. Um aumento nas ondas de rádio, acompanhado por um aumento nos raios-X altamente energéticos em observações futuras seria um argumento contra esta ideia. Por outro lado, se os astrónomos observarem uma diminuição nos raios-X altamente energéticos, então a presença de uma nebulosa de vento de pulsar será corroborada.

Os fragmentos estelares em redor do pulsar desempenham um papel importante, absorvendo fortemente a sua emissão de raios-X de baixa energia, tornando-os actualmente indetectáveis. O modelo prevê que este material se disperse nos próximos anos, o que reduzirá o seu poder de absorção. Assim, a emissão do pulsar deverá surgir daqui a mais ou menos 10 anos, revelando a existência da estrela de neutrões.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na revista The Astrophysical Journal e uma pré-impressão está disponível online. Os outros autores do artigo são Barbara Olmi e Fabrizio Bocchino, também do INAF-Palermo; Shigehiro Nagataki e Masaomi Ono do Observatório Astrofísico Big Bang do RIKEN, no Japão; Akira Dohi da Universidade de Kyushu, também no Japão, e Giovanni Peres da Universidade de Palermo.

Astronomia On-line
26 de Fevereiro de 2021


4989: Arecibo, o radiotelescópio morto, encontrou uma “estrela-aranha” bizarra

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Mark Garlick / University of Warwick
Imagem ilustrativa

Apesar de as estrelas não matarem nem comerem os seus companheiros, estes objectos cósmicos têm o mesmo comportamento violento que as suas contrapartes de oito pernas.

Uma equipa internacional de cientistas usou dados do radiotelescópio de Arecibo, em Porto Rico, para descobrir um tipo estranho de “estrela-aranha” na nossa galáxia.

O Observatório morreu três semanas depois de um dos principais cabos de sustentação da sua cúpula ter desabado, mas os seus dados continuam a ser um grande contributo para a Ciência.

As “estrelas-aranha” (spider stars) são um tipo de estrelas de neutrões, ou pulsares, que agem como relógios no céu, completando uma rotação a cada 30 milissegundos e emitindo um “pulso” de energia a cada rotação. Segundo o Live Science, são o núcleo comprimido de estrelas que, no passado, explodiram numa super-nova.

Ao contrário das estrelas de neutrões comuns, as estrelas-aranha são versões raras que orbitam tão perto dos seus companheiros binários que explodem as suas superfícies e inalam grandes quantidades de material, como uma aranha que desmembra e devora o seu companheiro.

No artigo científico, disponível no arXiv, os cientistas identificaram dois tipos de “estrelas-aranha”: as que têm uma companheira com massa de menos de um décimo do nosso Sol (de 0.02 a 0.03 massas solares) são chamadas de “black widow” (viúva negra), enquanto que as que têm companheiras maiores, com mais de um décimo da massa do Sol, são as “redbacks“.

Além do tamanho, as estrelas são diferentes a nível de comportamento: normalmente, as companheiras das redback passam entre a estrela-aranha e a Terra, criando eclipses temporários, um comportamento não verificado nas companheiras das black widow.

A estrela encontrada pelos astrónomos é difícil de categorizar. A sua companheira causa eclipses, como uma redback, mas a sua massa estimada é de 0.055 vezes a massa do Sol. Se, por um lado, é demasiado pesada para ser uma black widow, é, por outro, leve demais para uma redback.

O portal realça que esta pesquisa foi conduzida com dados recolhidos pelo Arecibo entre 2013 e 2018. Depois do seu colapso, no início de Dezembro, futuras observações ficarão comprometidas.

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Liliana Malainho, ZAP //

Por Liliana Malainho
22 Janeiro, 2021


4975: Matéria escura? Raios-X ao redor das “Magníficas 7” podem ser rastos de uma misteriosa partícula

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

University of Michigan

Uma equipa de cientistas descobriu que os misteriosos raios-X detectados em estrelas de neutrões próximas podem ser a primeira evidência de axiões, partículas hipotéticas que podem ajudar a desvendar segredos sobre a matéria escura.

Existem muitos tipos de partículas que constituem a matéria no Universo. Os mais comuns são protões, neutrões e electrões. Essas partículas colidem umas com as outras em certos ambientes, como dentro do núcleo de uma estrela ou em aceleradores de partículas construídos por cientistas na Terra.

Os axiões há muito tempo são esquivos para os físicos porque estão “a interagir fracamente”, o que significa que raramente colidem com outras partículas e, em vez disso, frequentemente passam por elas.

“O axião foi proposto pela primeira vez no final dos anos 1970 para resolver este problema chamado de problema de CP forte, o que significa que as distribuições de carga eléctrica negativa e positiva dentro do neutrão estão centradas em torno do mesmo ponto”, disse Christopher Dessert, investigador da Universidade do Michigan, em comunicado. “Na década seguinte, descobriu-se que, se o axião existisse, também poderia ser matéria escura.”

Teoricamente, os axiões podem ser criados por outras partículas em colisão ou existem naturalmente como matéria escura, que os físicos acreditam que constitui uma grande percentagem do Universo que não conseguimos ver directamente.

A descoberta de axiões responderia a muitas perguntas sobre a matéria escura e outros mistérios da física de partículas. Os axiões também são previstos pela teoria das cordas – a ideia de que todas as forças e partículas do Universo estão ligadas como parte da mesma estrutura.

“Encontrar axiões tem sido um dos maiores esforços na física de partículas de alta energia, tanto em teoria quanto em experimentos”, disse Raymond Co, ex-investigador da Universidade de Michigan. “Achamos que axiões podem existir, mas ainda não os descobrimos. Podemos pensar em axiões como partículas fantasmas. Pode estar em qualquer lugar do Universo, mas não interagem fortemente connosco, por isso não temos nenhuma observação deles ainda”.

Em 2019, a equipa liderada por Benjamin Safdi, que trabalha no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, observou um aumento misterioso e inexplicável nos raios-X emitidos pelas “Magníficas Sete” (Magnificent Seven) – várias estrelas de neutrões, que são estrelas extremamente densas compostas principalmente de neutrões.

Estas estrelas – núcleos em colapso de estrelas massivas mortas que morreram numa super-nova – não estão agrupadas num grupo, mas partilham várias características em comum: todas são estrelas de neutrões isoladas de cerca de meia-idade, algumas centenas de milhares de anos desde a morte estelar.

Recentemente, a equipa propôs que esses raios-X extras são causados ​​por axiões a ser produzidos nos núcleos das estrelas de neutrões.

Os cientistas usaram uma teoria proposta anteriormente sobre axiões para explicar este fenómeno. A teoria afirma que os axiões são produzidos no núcleo de uma estrela de neutrões como subprodutos da colisão de neutrões e protões. As partículas disparam para o forte campo magnético da estrela, onde são convertidas em fotões – partículas de luz – que constituem os raios-X detectados pelos telescópios na Terra.

Como os axiões carregam muito mais energia do que os fotões que as estrelas de neutrões normalmente emitem, os fotões produzidos a partir dos axiões produziriam mais energia, explicando o aumento inesperado dos raios-X.

Os investigadores dizem que este estudo não estabelece definitivamente a existência do axião, mas fornece evidências convincentes para isso.

“Mas passamos muito tempo naquele primeiro estudo, a verificar se o sinal que estávamos a ver é real e estamos muito, muito confiantes de que é”, disse Dessert. “No que diz respeito a saber se é um axião, pode ser um novo processo astrofísico na estrela de neutrões que não conhecemos. Mas é certamente consistente com a existência de um axião a fazer este sinal”.´

Se o excesso é produzido por axiões, a maior parte da radiação deve ser emitida com energias mais altas do que o XMM-Newton e o Chandra são capazes de detectar. A equipa espera usar um telescópio mais novo, o NuSTAR da NASA, para observar as Magníficas Sete numa faixa mais ampla de comprimentos de onda.

Estrelas anãs brancas magnetizadas podem ser outro lugar para procurar a emissão de axiões. Como as Magníficas Sete, estes objectos têm fortes campos magnéticos e não se espera que produzam forte emissão de raios-X.

Este estudo foi publicado na semana passada na revista científica Physical Review Letters.

Por Maria Campos
20 Janeiro, 2021


4940: J1818.0-1607: Chandra estuda magnetar extraordinário

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Ampliação de J1818.0-1607.
Crédito: raios-X – NASA/CXC/Univ. da Virgínia Ocidental/H. Blumer; infravermelho (Spitzer e Wise) – NASA/JPL-CalTech/Spitzer

Em 2020, os astrónomos acrescentaram um novo membro a uma família exclusiva de objectos exóticos com a descoberta de um magnetar. Novas observações do Observatório de raios-X Chandra da NASA ajudam a apoiar a ideia de que é também um pulsar, o que significa que emite pulsos regulares de luz.

Os magnetares são um tipo de estrela de neutrões, um objecto incrivelmente denso composto principalmente de neutrões compactados, que se forma a partir do colapso do núcleo de uma estrela massiva durante uma super-nova.

O que diferencia os magnetares de outras estrelas de neutrões é que também têm os campos magnéticos mais poderosos conhecidos do Universo. Para fins de contexto, a força do campo magnético do nosso planeta tem um valor de aproximadamente 1 G (gauss), enquanto um imã num frigorífico mede cerca de 100 G. Os magnetares, por outro lado, têm campos magnéticos de cerca de mil biliões G. Se um magnetar estivesse localizado a um-sexto do caminho até à Lua (cerca de 64.000 quilómetros), apagaria os dados de todos os cartões de crédito na Terra.

No dia 12 de Março de 2020, os astrónomos detectaram um novo magnetar com o Telescópio Neil Gehrels Swift da NASA. Este é apenas o 31.º magnetar conhecido, entre cerca de 3000 estrelas de neutrões já catalogadas.

Após observações de acompanhamento, os investigadores determinaram que este objeto, denominado J1818.0-1607, era especial por outros motivos. Em primeiro lugar, pode ser o magnetar mais jovem conhecido, com uma idade estimada em cerca de 500 anos. Isto baseia-se no ritmo a que a rotação diminui e na suposição de que nasceu a girar muito mais depressa. Em segundo lugar, também gira a uma velocidade muito mais elevada do que qualquer outro magnetar descoberto anteriormente, completando uma rotação a cada 1,4 segundos.

As observações de J1818.0-1607 pelo Chandra obtidas menos de um mês após a descoberta com o Swift deram aos astrónomos a primeira visão de alta resolução deste objecto em raios-X. Os dados do Chandra revelaram uma fonte pontual onde o magnetar estava localizado, que é cercada por emissão difusa de raios-X, provavelmente provocada por raios-X reflectidos na poeira localizada na sua vizinhança (parte desta emissão difusa de raios-X também pode ser de ventos que sopram da estrela de neutrões).

Harsha Blumer da Universidade da Virgínia Ocidental e Samar Safi-Harb da Universidade de Manitoba no Canadá publicaram recentemente os resultados das observações de J1818.0-1607 com o Chandra na revista científica The Astrophysical Journal Letters.

A imagem composta contém um amplo campo de visão no infravermelho de duas missões da NASA, o Telescópio Espacial Spitzer e o WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer), obtido antes da descoberta do magnetar. Os raios-X do Chandra mostram o magnetar a roxo. O magnetar está localizado perto do plano da Via Láctea a uma distância de aproximadamente 21.000 anos-luz da Terra.

Outros astrónomos também observaram J1818.0-1607 com radiotelescópios, como o VLA (Karl Jansky Very Large Array) da NSF, e determinaram que emite ondas de rádio. Isto implica que também tem propriedades semelhantes às de um típico “pulsar movido a rotação”, um tipo de estrela de neutrões que emite feixes de radiação que são detectados como pulsos repetidos de emissão à medida que gira e desacelera. Apenas cinco magnetares, incluindo este, foram registados a agir também como pulsares, constituindo menos de 0,2% da população conhecida de estrelas de neutrões.

As observações do Chandra também podem fornecer suporte a esta ideia geral. Safi-Harb e Blumer estudaram a eficácia a que J1818.0-1607 converte energia, a partir do seu ritmo decrescente de rotação, em raios-X. Eles concluíram que esta eficiência é mais baixa do que a encontrada normalmente para magnetares, e provavelmente dentro da gama encontrada para outros pulsares movidos a rotação.

Seria expectável que a explosão que produziu um magnetar desta idade tivesse deixado para trás um campo de destroços detectável. Para pesquisar este remanescente de super-nova, Safi-Harb e Blumer analisaram os raios-X do Chandra, os dados infravermelhos do Spitzer e os dados de rádio do VLA. Com base nos dados do Spitzer e do VLA, encontraram possíveis evidências de um remanescente, mas a uma distância relativamente grande do magnetar. A fim de cobrir essa distância, o magnetar precisaria de ter viajado a velocidades muito superiores às das estrelas de neutrões mais rápidas conhecidas, mesmo supondo que seja muito mais antigo do que o esperado, o que permitiria mais tempo de viagem.

Astronomia On-line
12 de Janeiro de 2021


4913: Astronomia multi-mensageira fornece novas estimativas do tamanho das estrelas de neutrões e do ritmo de expansão do Universo

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Colisão de duas estrelas de neutrões que mostram emissões electromagnéticas e de ondas gravitacionais durante o processo de fusão. A interpretação combinada de ciência multi-mensageira permite com que os astrofísicos compreendam a composição interna das estrelas de neutrões e com que revelem as propriedades da matéria sob as condições mais extremas no Universo.
Crédito: Tim Dietrich

Uma combinação de medições astrofísicas permitiu aos investigadores colocar novas restrições no raio de uma estrela de neutrões típica e fornecer um novo cálculo da constante de Hubble que indica o ritmo a que o Universo se expande.

“Estudámos sinais que vieram de várias fontes, por exemplo, recentemente observadas fusões de estrelas de neutrões,” disse Ingo Tews, teórico do grupo de Física Nuclear e de Partículas, Astrofísica e Cosmologia do Laboratório Nacional de Los Alamos, que trabalhou com uma colaboração internacional de investigadores na análise publicada dia 18 de Dezembro na revista Science. “Analisámos conjuntamente sinais de ondas gravitacionais e emissões electromagnéticas das fusões e combinámos-las com medições anteriores da massa de pulsares ou resultados recentes do NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) da NASA. Descobrimos que o raio de uma estrela de neutrões típica é de cerca de 11,75 quilómetros e que a constante de Hubble é de aproximadamente 66,2 quilómetros por segundo por mega-parsec.”

A combinação de sinais para obter mais informações sobre fenómenos astrofísicos distantes é conhecida no campo como astronomia multi-mensageira. Neste caso, a análise multi-mensageira permitiu com que os cientistas restringissem a incerteza da sua estimativa dos raios das estrelas de neutrões até 800 metros.

A sua nova abordagem para medir a constante de Hubble contribui para um debate que surgiu de outras determinações concorrentes da expansão do Universo. As medições com base em observações de explosões de estrelas conhecidas como super-novas estão actualmente em desacordo com aquelas que vêm da observação da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, que é essencialmente a energia remanescente do Big Bang. As incertezas no novo cálculo multi-mensageiro da constante de Hubble são demasiado grandes para resolver a discordância definitivamente, mas a medição é um pouco mais favorável à abordagem da radiação cósmica de fundo.

O principal papel científico de Tews no estudo foi fornecer a entrada de cálculos da teoria nuclear, que são o ponto de partida da análise. Os seus sete colaboradores no artigo científico compreendem uma equipa internacional de cientistas da Alemanha, Países Baixos, Suécia, França e Estados Unidos.

Astronomia On-line
5 de Janeiro de 2021


4881: Potencialmente detectado pela primeira vez o nascimento de um magnetar devido a uma colisão colossal

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta ilustração mostra a sequência da formação de um magnetar alimentado por uma quilo-nova, cujo brilho máximo atinge até 10.000 vezes o de uma nova clássica. 1) as duas estrelas de neutrões em órbita espiralam cada vez mais perto uma da outra. 2) Colidem e fundem-se, despoletando uma explosão que liberta mais energia em meio segundo do que o Sol vai produzir durante toda a sua vida de 10 mil milhões de anos. 3) A fusão forma uma estrela de neutrões ainda mais massiva chamada magnetar, que tem um campo magnético extraordinariamente poderoso. 4) O magnetar deposita energia no material ejectado, atingindo um brilho inesperadamente alto no infravermelho.
Crédito: NASA, ESA e D. Player (STScI)

Há muito tempo, no Universo distante, uma enorme explosão de raios-gama libertou mais energia em meio segundo do que o Sol irá produzir durante a sua vida inteira de 10 mil milhões de anos.

Depois de examinar o surto incrivelmente brilhante no visível, em raios-X, no infravermelho próximo e no rádio, uma equipa astrofísica da Universidade Northwestern pensa ter, potencialmente, detectado o nascimento de um magnetar.

Os investigadores pensam que o magnetar foi formado pela fusão de duas estrelas de neutrões, o que nunca tinha sido observado antes. A fusão resultou numa quilo-nova brilhante – a mais brilhante já vista – cuja luz finalmente atingiu a Terra no dia 22 de maio de 2020. A radiação veio ao início como um surto de raios-gama, a que se dá o nome de explosão curta de raios-gama.

“Quando duas estrelas de neutrões se fundem, o resultado previsto mais comum é que formem uma estrela de neutrões que colapsa num buraco negro em milissegundos ou menos,” disse Wen-fai Fong, da Universidade Northwestern, que liderou o estudo. “O nosso trabalho mostra que é possível que, para esta explosão curta de raios-gama em particular, o objecto massivo tenha sobrevivido. Em vez de colapsar para um buraco negro, tornou-se num magnetar: uma estrela de neutrões que gira rapidamente que tem grandes campos magnéticos, despejando energia para o seu ambiente circundante e criando o brilho muito forte que vemos.”

A investigação foi aceite para publicação na revista The Astrophysical Journal.

Fong é professora assistente de física e astronomia do Colégio de Artes e Ciências da Universidade Northwestern e membro do CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics). A investigação envolveu dois alunos, três licenciados e três pós-doutorandos do laboratório de Fong.

A ocorrência de um novo fenómeno

Depois da radiação ter sido detectada pela primeira vez pelo Observatório Neil Gehrels Swift da NASA, os cientistas rapidamente recrutaram outros telescópios – incluindo o Telescópio Espacial Hubble da NASA, o VLA (Very Large Array), o Observatório W. M. Keck e a rede do Observatório Las Cumbres – para estudar o rescaldo da explosão e a sua galáxia hospedeira.

A equipa de Fong percebeu rapidamente que algo não batia certo.

Em comparação com as observações de raios-X e no rádio, a emissão no infravermelho próximo detectada com o Hubble era demasiado brilhante. Na verdade, era 10 vezes mais brilhante do que o previsto.

“À medida que os dados chegavam, começámos a formar uma imagem do mecanismo que produzia a radiação que observávamos,” disse Tanmoy Laskar da Universidade de Bath, no Reino Unido. “Assim que obtivemos as observações do Hubble, tivemos que mudar completamente o nosso processo de pensamento, porque a informação que o Hubble acrescentou fizeram-nos perceber que tínhamos que descartar o nosso pensamento convencional e que um novo fenómeno estava a acontecer. De modo que tivemos que descobrir o que isso significava para a física por trás destas explosões extremamente energéticas.”

Monstro magnético

Fong e a sua equipa discutiram várias possibilidades para explicar o brilho invulgar – conhecido como explosão curta de raios-gama – que o Hubble observou. Os investigadores pensam que as explosões curtas são provocadas pela fusão de duas estrelas de neutrões, objectos extremamente densos com mais ou menos a massa do Sol comprimida no volume de uma grande cidade. Embora a maioria das explosões curtas de raios-gama provavelmente resultem num buraco negro, as duas estrelas de neutrões que se fundiram neste caso podem ter-se combinado para formar um magnetar, uma estrela de neutrões super-massiva com um campo magnético muito poderoso.

“Basicamente temos estas linhas de campo magnético ancoradas na estrela que estão a girar cerca de 1000 vezes por segundo, e isto produz um vento magnetizado,” explicou Laskar. “Estas linhas de campo giratórias extraem a energia rotacional da estrela de neutrões formada na fusão e depositam essa energia no material ejectado pela explosão, fazendo com que o material brilhe ainda mais.”

“Sabemos que os magnetares existem porque vemo-los na nossa Galáxia,” acrescentou Fong. “Achamos que a maioria é formada na morte explosiva de estrelas massivas, deixando para trás estas estrelas de neutrões altamente magnetizadas. “No entanto, é possível que uma pequena fracção se forme em fusões de estrelas de neutrões. Nunca vimos evidências disso antes, muito menos no infravermelho, o que torna esta descoberta especial.”

Quilo-nova estranhamente brilhante

Pensa-se que as quilo-novas, que são normalmente 1000 vezes mais brilhantes do que uma nova clássica, acompanhem explosões curtas de raios-gama. Exclusivas à fusão de dois objectos compactos, as quilo-novas brilham do decaimento radioactivo dos elementos pesados ejectados durante a fusão, produzindo elementos altamente cobiçados como ouro e urânio.

“Só temos até à data uma quilo-nova confirmada e bem estudada,” disse Jillian Rastinejad, co-autora do artigo e estudante graduada do laboratório de Fong. “Portanto, é especialmente estimulante encontrar mais uma potencial quilo-nova que parece tão diferente. Esta descoberta deu-nos a oportunidade de explorar a diversidade de quilo-novas e dos seus objectos remanescentes.”

Caso o brilho inesperado visto pelo Hubble tenha vindo de um magnetar que depositou a energia no material da quilo-nova, então, dentro de alguns anos, o material ejectado da explosão produzirá radiação que aparece em comprimentos de onda do rádio. As observações posteriores no rádio podem, em última análise, provar que se tratava de um magnetar, levando a uma explicação da origem de tais objectos.

“Agora que temos uma candidata muito brilhante a quilo-nova,” disse Rastinejad, “estou ansiosa pelas novas surpresas que as explosões curtas de raios-gama e que as fusões de estrelas de neutrões nos reservam no futuro.”

Astronomia On-line
29 de Dezembro de 2020


4683: Magnetares podem estar por trás de explosões rápidas de rádio

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Um magnetar é um tipo de estrela de neutrões, que os cientistas acreditam ter um campo magnético extremamente poderoso. Agora, um novo estudo sugere que podem ser a fonte de algumas explosões rápidas de rádio.

Embora muitas pesquisas tenham como objectivo explicar o misterioso fenómeno das explosões, a fonte destas permaneceu indefinida até agora e o assunto é alvo de algum debate.

Em 28 de Abril de 2020, uma equipa de aproximadamente 50 elementos detectou uma explosão de rádio excepcionalmente intensa proveniente de um magnetar próximo localizado na Via Láctea.

Agora, num estudo publicado na Nature, os investigadores mostram que a intensidade de uma explosão de radio (Fast Radio Bursts) foi três mil vezes maior do que a de qualquer magnetar medido até agora, dando peso à teoria de que um magnetar pode estar na origem de pelo menos alguns FRBs.

“Uma explosão tão intensa vinda de outra galáxia seria indistinguível de algumas explosões de rádio rápidas, então isso dá peso à teoria que sugere que magnetares poderiam estar por trás de pelo menos alguns FRBs”, refere a co-autora Pragya Chawla, estudante do departamento de física da Universidade McGill.

As explosões rápidas de rádio foram descobertas há mais de uma década. Os astrónomos descobriram que algumas dessas explosões de alta intensidade – mais intensas do que a energia gerada pelo sol ao longo de milhões a bilhões de anos – se repetem.

Uma teoria levantou a hipótese de que estes sinais seriam provenientes de magnetares extra galácticos, ou seja, estrelas jovens de neutrões extremamente magnéticas que ocasionalmente disparam para libertar enormes quantidades de energia.

Contudo, “até agora, todos os sinais de rádio que os telescópios conseguiram detectar estavam em outras galáxias, o que torna bastante difícil de os estudar detalhadamente”, diz o co-autor Ziggy Pleunis.

O cientista acrescenta que “para além disso, a teoria magnetar não foi apoiada por observações na nossa própria galáxia”.

No entanto, “dado às grandes lacunas na energia e na actividade entre as fontes de explosões de rádio mais brilhantes e activas, talvez magnetares mais jovens, mais energéticos e activos sejam necessários para explicar todas as observações de FRB”, sublinha Paul Scholz do Instituto Dunlap de Astronomia e Astrofísica na Universidade de Toronto.

A prova definitiva de uma origem magnetar para alguns sinais rádio viria da detecção simultânea de uma explosão extra-galáctica e de uma explosão de raios-X, diz o Futurity.

ZAP //

Por ZAP
19 Novembro, 2020


4349: Não foram as estrelas de neutrões. A origem do ouro do Universo voltou a ser um mistério

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

JPL-Caltech / NASA

Quando a humanidade detectou a colisão entre duas estrelas de neutrões em 2017, confirmou a teoria de longa data que as explosões criam elementos mais pesados do que o ferro. Assim, pensou-se ter a resposta para a questão de como estes elementos – incluindo ouro – se propagaram por todo o Universo.

No entanto, de acordo com o ScienceAlert, uma nova análise revelou um problema. Segundo os novos modelos de evolução química galáctica, as colisões de estrelas de neutrões não conseguem produzir tanta abundância de elementos pesados encontrados na galáxia da Via Láctea.

As estrelas são as forjas que produzem a maioria dos elementos do Universo. No início do Universo, depois do plasma de quarks e gluões primordial arrefecer o suficiente para se aglutinar em matéria, formou hidrogénio e hélio – os dois elementos mais abundantes no Universo.

O resto dos elementos que ocorrem naturalmente são feitos por diferentes processos nucleares que acontecem dentro das estrelas. A massa governa exactamente que elementos são forjados, mas todos são libertados nas galáxias nos momentos finais das estrelas.

“As reacções que fazem estes elementos também fornecem a energia que mantém as estrelas a brilhar por milhares de milhões de anos. Conforme as estrelas envelhecem, produzem elementos cada vez mais pesados ​​conforme o seu interior se aquece”, disse Amanda Karakas, astrofísica da Monash University e do ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D), em comunicado.

Pensava-se que metade de todos os elementos mais pesados ​​do que o ferro – como o tório e o urânio eram criados quando estrelas de neutrões colidiam umas com as outras. Há muito tempo teorizado, colisões de estrelas de neutrões não foram confirmadas até 2017.

Agora, novas análises feitas por Karakas e os seus colegas Chiaki Kobayashi e Maria Lugaro revelam que o papel das estrelas de neutrões pode ter sido consideravelmente super-estimado – e que outro processo estelar é responsável por criar a maioria dos elementos pesados.

“As fusões de estrelas de neutrões não produziram suficientes elementos pesados no início da vida do Universo, e ainda não produzem agora, 14 mil milhões de anos depois”, disse Karakas. “O Universo não os tornou suficientemente rápidos para explicar a presença em estrelas muito antigas e, no geral, não há colisões suficientes para explicar a abundância destes elementos hoje.”

Em vez disso, os cientistas descobriram que elementos pesados ​​precisavam de ser criados por um tipo totalmente diferente de fenómeno estelar – super-novas incomuns que colapsam enquanto giram muito depressa e geram fortes campos magnéticos.

Este estudo, que foi publicado este mês na revista científica The Astrophysical Journal, é a primeira vez que as origens estelares de todos os elementos que ocorrem naturalmente, do carbono ao urânio, foram calculadas a partir dos primeiros princípios.

Segundo os cientistas, a nova modelagem mudará substancialmente o modelo actualmente aceite de como o Universo evoluiu.

“Por exemplo, construímos este novo modelo para explicar todos os elementos de uma vez e encontrámos prata suficiente, mas não ouro suficiente“, disse Kobayashi, da Universidade de Hertfordshire. “A prata é super-produzida, mas o ouro é sub-produzido no modelo em comparação com as observações. Isto significa que podemos precisar de identificar um novo tipo de explosão estelar ou reacção nuclear.”

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“Mesmo as estimativas mais optimistas da frequência de colisão de estrelas de neutrões simplesmente não conseguem explicar a abundância destes elementos no Universo”, disse Karakas. “Isso foi uma surpresa. Parece que super-novas giratórias com fortes campos magnéticos são a fonte real da maioria desses elementos.”

A co-autora, Maria Lugaro, que ocupa cargos no Observatório Konkoly e na Universidade Monash, acredita que o mistério do ouro pode ser resolvido em breve.

“Novas descobertas são esperadas de instalações nucleares em todo o mundo, incluindo Europa, Estados Unidos e Japão, actualmente visando núcleos raros associados com fusões de estrelas de neutrons”, disse Lugaro. “As propriedades desses núcleos são desconhecidas, mas controlam fortemente a produção da abundância de elementos pesados. O problema astrofísico do ouro ausente pode, de facto, ser resolvido por uma experiência de física nuclear.”

ZAP //

Por ZAP
18 Setembro, 2020

 

 

4244: A misteriosa onda de rádio que ocorre a cada 157 dias acordou outra vez (tal como previsto)

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

CSIRO / Facebook

Nos últimos cinco anos, os astrónomos têm seguido de perto um estranho tipo de sinal de rádio proveniente do Espaço profundo.

Em Junho, os astrónomos encontraram uma rajada rápida de rádio (FRB) com um padrão regular. Os académicos ainda não sabem ao certo por que existem ou o que são, mas a origem desta estranha rajada é conhecida por ser uma galáxia anã a mais de três mil milhões de anos-luz de distância.

Num padrão cíclico, as ondas de rádio da FRB 121102 são emitidas durante uma janela de 90 dias, seguida por um período de silêncio de 67 dias. Este padrão repete-se a cada 157 dias. Na altura, a equipa previu que, em Julho ou Agosto, outro padrão se repetiria – o que acabou mesmo por acontecer, avança o Futurity.

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Um novo artigo científico, disponível no arXiv e que ainda carece de revisão por pares, confirmam a periodicidade semelhante de 161 dias. Os novos dados confirmam as teorias anteriores de que a FRB 121102 está a enviar uma rajada de rádio repetida.

“Acho que vamos encontrar uma explicação natural para estes eventos, mas gosto de manter a mente aberta e seguir o caminho para o qual as novas evidências me levam”, admitiu Adam Deller, astrofísico da Swinburne University of Technology.

Kaustubh Rajwade, investigador da Universidade de Manchester que liderou o primeiro estudo para identificar a FRB repetitiva, acha que podemos estar perante uma estrela de neutrões.

“Com base nas curtas durações e altas luminosidades das próprias explosões, um bom palpite seria uma estrela de neutrões com um campo magnético muito alto a orbitar um objecto companheiro”, explicou.

ZAP //

Por ZAP
29 Agosto, 2020

 

 

4221: Deformação microscópica de estrela de neutrões inferida a partir de uma distância de 4500 anos-luz

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Deformação microscópica inferida de uma estrela de neutrões no sistema binário PSR J1023+0038 (claro, não à escala). Aqui, o eixo de rotação da estrela é perpendicular ao plano da figura. A “altura” extra da estrela de neutrões, numa direção, é de apenas alguns micrómetros, o que corresponde ao tamanho de uma bactéria, estimada a partir de uma distância de aproximadamente 4500 anos-luz.
Crédito: Sudip Bhattacharyya

Imagine que o tamanho de uma bactéria é medido a uma distância de aproximadamente 4500 anos-luz. Seria uma medição incrível, tendo em conta que uma bactéria é tão pequena que precisamos de usar um microscópio para a ver, e tendo em conta a enorme distância que a luz pode percorrer em 4500 anos, já que pode dar a volta à Terra mais de sete vezes em apenas um segundo.

Mas uma pequena deformação do tamanho de uma bactéria, uma “altura” extra de apenas alguns micrómetros, foi agora inferida para uma estrela de neutrões a uma distância de mais ou menos 4500 anos-luz, graças à investigação do professor Sudip Bhattacharyya do TIFR (Tata Institute of Fundamental Research), Índia. Esta investigação foi publicada num novo artigo da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

As estrelas de neutrões são objectos cósmicos incrivelmente densos. Têm o tamanho de uma cidade, mas contêm mais material do que o Sol, e um punhado do seu material estelar tem uma massa superior à de uma montanha na Terra. Algumas giram várias centenas de vezes por segundo – chamamos a esses objectos pulsares de milissegundo. Uma ligeira assimetria ou deformação em torno do eixo de rotação de tal estrela provocaria a emissão contínua de ondas gravitacionais.

As ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo, forneceram recentemente uma nova janela para o Universo. Mas até agora só foram encontradas em fenómenos transientes de fusões de buracos negros e estrelas de neutrões. Ondas gravitacionais contínuas, por exemplo, de uma estrela de neutrões ligeiramente deformada e giratória, não foram detectadas até ao momento. Os instrumentos actuais podem não ter a capacidade de detectar estas ondas, caso a deformação seja demasiado pequena.

No entanto, uma forma de inferir indirectamente tais ondas e medir esta deformação é estimando a contribuição das ondas para a rotação do pulsar, o que não era possível até agora. PSR J1023+0038 é uma fonte cósmica única para este propósito, porque é o único pulsar de milissegundo para o qual foram medidas duas rotações, uma na fase de transferência de massa da estrela companheira e outra na fase em que não há transferência de massa. Usando estes valores, e sobretudo um princípio fundamental da física, que é a conversação do momento angular, Bhattacharyya inferiu ondas gravitacionais contínuas e estimou a deformação microscópica da estrela de neutrões.

Astronomia On-line
25 de Agosto de 2020

 

 

4109: Astrónomos podem ter encontrado estrela de neutrões perdida há décadas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Quando uma estrela morre e se dá uma super-nova, é natural que se forme uma estrela de neutrões. Em Fevereiro de 1987, os astrónomos assistiram a uma enorme super-nova, a cerca de 160 mil anos-luz, a mais próxima da Terra em muitos anos. Contudo, não registaram a formação de nenhuma estrela de neutrões que deveria ter sido deixada como rasto.

Agora, os astrónomos puderam finalmente ver a estrela morta há mais de 30 anos, presente naquilo que resta da super-nova de 1987.

Estrela de neutrões é o culminar de uma super-nova

Dependendo do tipo de estrela que morre, podemos contar com vários tipos de super-novas. Assim, existem as super-nova tipo II, que dão origem a uma estrela de neutrões e têm início com uma estrela de massa 8 a 30 vezes maior que a do Sol. À medida que o tempo passa, essa estrela fica cada vez mais instável, uma vez que deixa de possuir elementos que suportem a fusão nuclear.

O culminar da vida de uma estrela desse tipo é explodir, libertando o seu material para o Espaço, bem como neutrinos e luz. Enquanto isso o núcleo da estrela colapsa e os astrónomos assistem a uma transformação numa estrela de neutrões.

Ilustração da SN1987A, por B. Saxton.

Episódio de 1987 não deixou rasto esperado… até agora

Em 1987, tudo aconteceu como se esperava. Uma estrela super-gigante azul, já velha, com a massa 20 vezes superior à do Sol, explodiu e o espectáculo de luzes foi até visível a olho nu aqui na Terra. Da Sanduleak -69 202 só ficou um rasto de super-nova chamado SN 1987. Todavia, no centro dessa super-nova não foram encontrados vestígios da expectável estrela de neutrões.

Até que, em Novembro do ano passado, uma equipa de investigadores liderada por Phil Cigan da Universidade de Cardiff, no Reino Unido, anunciou ter encontrado uma mancha quente e brilhante no núcleo da SN 1987. Segundo eles, que visualizaram o fenómeno através do Atacama Large Millimeter Array, no Chile, essa mancha consiste numa estrela de neutrões envolvida por uma nuvem de poeira.

Suposta NS 1987 é a mais jovem já detectada

No entanto, o que a equipa considerou ser a estrela de neutrões era, conforme vieram a descobrir, demasiado brilhante. Por isso, uma outra equipa da National Autonomous University, no México, liderada pelo astrofísico Dany Page, provou teoricamente que a mancha brilhante podia ser, de facto, uma estrela de neutrões.

Isto, porque o brilho que emana é efectivamente consistente com a emissão térmica de uma estrela de neutrões muito jovem. Ou seja, ainda está muito quente devido à super-nova. A esta estrela, aparentemente descoberta, foi dado o nome de NS 1987.

De acordo com a equipa de Dany Page, a NS 1987 teria 25 quilómetros de largura e cerca de 1,38 vezes a massa do Sol. Além disso, é a estrela de neutrões mais jovem alguma vez detectada, estando a segunda mais jovem num vestígio da super-nova Cassiopeia A, que explodiu no século XVII e está a 11 mil anos-luz de distância.

Como a suposta NS 1987 ainda está envolvida em poeira, a sua observação directa, a fim de confirmar a teoria da equipa de Page, é impossível. Assim sendo, os astrónomos vão continuar a estudá-la, para perceber se podem confirmar a estrela de neutrões da super-nova de 1987.

Pplware
Autor: Ana Sofia
04 Ago 2020

 

 

4085: ALMA encontra possível sinal de estrela de neutrões na Super-nova 1987A

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta impressão de artista da Super-nova 1987A mostra as regiões interiores poeirentas dos remanescentes da estrela explodida (vermelho), no qual uma estrela de neutrões pode estar escondida. Esta região interior é contrastada com a concha exterior (a azul), onde a energia da super-nova está a colidir (verde) com o invólucro de gás expelido pela estrela antes da sua poderosa detonação.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Duas equipas de astrónomos têm um argumento convincente no que toca ao mistério de 33 anos que envolve a Super-nova 1987A. Com base em observações do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e num estudo teórico de acompanhamento, os cientistas fornecem novas informações para o caso de que uma estrela de neutrões está escondida nas profundezas do remanescente da estrela que explodiu. Esta seria a estrela de neutrões mais jovem conhecida até à data.

Desde que os astrónomos testemunharam uma das explosões mais brilhantes de uma estrela no céu nocturno, criando a Super-nova 1987A (SN 1987A), que procuram um objecto compacto que deveria ter-se formado nos detritos da explosão.

Dado que partículas conhecidas como neutrinos foram detectadas na Terra no dia da explosão (23 de Fevereiro de 1987), os astrónomos esperavam que uma estrela de neutrões se formasse no centro colapsado da estrela. Mas quando os cientistas não conseguiram encontrar nenhuma evidência dessa estrela, começaram a perguntar-se se posteriormente colapsou ao invés para um buraco negro. Durante décadas a comunidade científica tem aguardado ansiosamente um sinal deste objecto que se esconde por trás de uma nuvem muito espessa de poeira.

O “borrão”

Recentemente, observações do radiotelescópio ALMA forneceram o primeiro indício da estrela de neutrões desaparecida após a explosão. Imagens de resolução extremamente alta revelaram um “borrão” quente no núcleo empoeirado de SN 1987A, que é mais brilhante do que o ambiente e corresponde à localização suspeita da estrela de neutrões.

“Ficámos muito surpresos ao ver este borrão quente feito por uma nuvem espessa de poeira no remanescente de super-nova,” disse Mikako Matsuura da Universidade de Cardiff e membro da equipa que encontrou o borrão com o ALMA. “Tem que haver algo na nuvem que aqueça a poeira e que a faça brilhar. Por isso, sugerimos a existência de uma estrela de neutrões escondida dentro da nuvem de poeira.”

Embora Matsuura e a sua equipa estivessem empolgados com este resultado, perguntaram-se acerca do brilho do borrão. “Achámos que a estrela de neutrões podia ser demasiado brilhante para existir, mas então Dany Page e a sua equipa publicaram um estudo que indicava que a estrela de neutrões podia ser efectivamente assim tão brilhante devido à sua jovem idade,” explicou Matsuura.

Dany Page é astrofísico na Universidade Nacional Autónoma do México, que estuda SN 1987A desde o início. “Estava a meio do meu doutoramento quando a super-nova teve lugar,” disse, “foi um dos maiores eventos da minha vida que me fez mudar o curso da minha carreira para tentar resolver este mistério. Era como um santo Graal moderno.”

O estudo teórico de Page e da sua equipa, publicado ontem na revista the Astrophysical Journal, apoia fortemente a sugestão feita pela equipa do ALMA de que uma estrela de neutrões está a alimentar o borrão de poeira. “Apesar da complexidade suprema de uma explosão de super-nova e das condições extremas que reinam no interior de uma estrela de neutrões, a detecção de um ‘borrão’ quente de poeira é uma confirmação das várias previsões,” explicou Page.

Estas previsões foram a localização e a temperatura da estrela de neutrões. De acordo com os modelos de computador da super-nova, a explosão “chutou” a estrela de neutrões do seu local de nascimento com uma velocidade de centenas de quilómetros por segundo (dezenas de vezes mais depressa do que o foguetão mais veloz). O borrão está exactamente no lugar onde os astrónomos pensam que a estrela de neutrões estaria hoje. E a temperatura da estrela de neutrões, prevista em cerca de 5 milhões de graus Celsius, fornece energia suficiente para explicar o brilho do borrão.

Não é um pulsar nem um buraco negro

Ao contrário das expectativas comuns, a estrela de neutrões provavelmente não é um pulsar. “A potência de um pulsar depende da rapidez com que gira e da força do seu campo magnético, ambos os quais precisariam de ter valores muito ajustados para corresponder às observações,” disse Page, “enquanto a energia térmica emitida pela superfície quente da jovem estrela de neutrões encaixa naturalmente nos dados.”

“A estrela de neutrões comporta-se exactamente como esperávamos,” acrescentou James Lattimer da Universidade Stony Brook em Nova Iorque, membro da equipa de investigação de Page. Lattimer também acompanhou de perto SN 1987A, tendo publicado antes do evento SN 1987A previsões do sinal de neutrinos de uma super-nova que corresponderam posteriormente às observações. “Estes neutrinos sugeriram que um buraco negro nunca se formou e, além disso, parece difícil que um buraco negro explique o brilho observado do borrão. Comparámos todas as possibilidades e concluímos que uma estrela de neutrões quente é a explicação mais provável.”

Esta estrela de neutrões tem 25 km de diâmetro, uma bola extremamente quente de matéria ultra-densa. Uma colher de chá do seu material pesaria mais do que todos os edifícios da cidade de Nova Iorque juntos. Por ter apenas 33 anos, seria a estrela de neutrões mais jovem já descoberta. A segunda estrela de neutrões mais jovem que conhecemos está localizada no remanescente de super-nova Cassiopeia A e tem 330 anos.

Apenas uma imagem directa da estrela de neutrões daria provas definitivas da sua existência, mas para isso os astrónomos precisam de esperar mais algumas décadas até que a poeira e o gás no remanescente de super-nova se tornem mais transparentes.

Imagens detalhadas do ALMA

Embora muitos telescópios já tenham obtido imagens de SN 1987A, nenhum deles foi capaz de observar o seu núcleo com tanta precisão quando o ALMA. Observações anteriores (em 3D) com o ALMA já haviam mostrado os tipos de moléculas encontradas no remanescente de super-nova e confirmado que produziu grandes quantidades de poeira.

“Esta descoberta baseia-se em anos de observações com o ALMA, mostrando o núcleo da super-nova em cada vez mais detalhe, graças às melhorias contínuas no radiotelescópio e no processamento de dados,” disse Remy Indebetouw do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e da Universidade da Virgínia, que faz parte da equipa de imagem do ALMA.

Astronomia On-line
31 de Julho de 2020

 

 

4061: Criada em laboratório matéria análoga à formada na fusão de estrelas

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA/FÍSICA

ESO / L. Calçada / M. Kornmesser
Fusão de estrelas de neutrões GW170817

Foi criada em laboratório matéria análoga à formada em super-novas ou na fusão de estrelas de neutrões, por investigadores das universidades de Coimbra e de Caen (em França).

A equipa do Centro de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) e da Universidade de Caen, na Normandia (França), “determinou as propriedades da matéria criada em laboratório com características semelhantes às da matéria que se forma em super-novas ou na fusão de estrelas de neutrões”, revela a Universidade de Coimbra em comunicado.

Na experiência, realizada no laboratório GANIL (a sigla em francês de Grande Acelerador Nacional de Iões Pesados), no âmbito da colaboração com a multinacional Indra, foi criada “matéria análoga à que se forma neste tipo de eventos muito explosivos a partir da colisão de um núcleo de estanho contra um núcleo de xénon”, explica a Universidade de Coimbra.

Este tipo de experiências contribui para conhecer melhor as condições em que se geram e evoluem as super-novas e a fusão de estrelas de neutrões.

Os resultados do estudo, já publicado na revista Physical Review Letters, da Sociedade Americana de Física, permitem “saber como é formado o meio em eventos como super-novas ou a fusão de estrelas de neutrões, e determinar de que modo é transferida a energia entre os diferentes constituintes, nomeadamente a energia depositada na estrela pelos neutrinos antes destes escaparem para o universo”, afirmam Constança Providência e Helena Pais, do Centro de Física da FCTUC.

Na fusão de estrelas de neutrões, realçam, “este conhecimento pode indicar qual a quantidade de material que é expelido e observado na forma de uma quilonova”.

Helena Pais foi a responsável pela análise dos dados experimentais que determinou as interacções que ocorrem na matéria resultante deste tipo de eventos e em que condições ainda existem pequenos agregados antes da matéria se tornar homogénea, devido ao aumento da densidade. Em baixas densidades, esclarece a investigadora, citada no comunicado, “a matéria não é homogénea, e as suas propriedades determinam a evolução de uma super-nova ou da fusão de duas estrelas”.

Para uma correcta interpretação dos resultados, foi ainda essencial o modelo teórico previamente desenvolvido por Constança Providência e Helena Pais.

As estrelas de neutrões são um dos objectos mais compactos do Universo, juntamente com os buracos negros. Apesar de terem uma massa comparável à do Sol, entre uma a duas massas solares aproximadamente, o seu raio não vai para além de 15 quilómetros, muito inferior ao raio do Sol, com cerca de 700 mil quilómetros (estes astros sugerem um núcleo atómico gigante). As estrelas de neutrões formam-se em eventos muito explosivos – as super-novas.

“Este tipo de eventos liberta em poucos dias mais energia que o Sol em toda a sua vida. Actualmente, pensa-se também que a formação dos elementos mais pesados que conhecemos, entre os quais os metais nobres, como o ouro e a platina, poderá acontecer quando duas estrelas de neutrões colidem”, adiantam as investigadoras.

Para descrever qualquer destes eventos, acrescentam, “é necessário conhecer como se comporta a matéria estelar, desde densidades muitos baixas até densidades cerca de várias vezes a densidade de matéria no centro de um núcleo atómico”.

Estas estrelas, que são constituídas essencialmente por neutrões, contêm também outro tipo de partículas no seu interior. “Além de protões e electrões que, em conjunto com os neutrões, constituem os átomos, que nada mais são do que os blocos de construção da matéria terrestre, acredita-se também que vários outros tipos de partículas, e possivelmente novos estados de matéria, alguns que podem ser criados e estudados em aceleradores de partículas, podem existir no interior destes objectos compactos”, referem Helena Pais e Constança Providência.

“Hiperões (partículas semelhantes aos nucleões mas que contêm quarks estranhos), condensados de Bose-Einstein de piões ou kaões (um tipo especial de matéria bosónica) e matéria de quarks são alguns exemplos”, indicam as investigadoras, frisando que “matéria de quarks fria, que não é acessível no laboratório, pode igualmente existir no interior destas estrelas em diferentes fases, cada fase com propriedades únicas”.

É por esta razão que os físicos nucleares e de partículas, salientam Helena Pais e Constança Providência, “estão tão interessados em estudar as estrelas de neutrões”. Além disso, notam ainda, “como estes objectos são muito compactos, também são óptimos laboratórios para testar a teoria da relatividade geral”.

ZAP // Lusa

Por Lusa
27 Julho, 2020

 

 

3999: Como estrelas de neutrões em colisão podem lançar luz sobre os mistérios do Universo

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Uma equipa internacional de investigadores descobriu um pulsar invulgar – um dos “faróis” de estrelas de neutrões giratórias e magnetizadas do espaço profundo que emite ondas de rádio altamente focadas dos seus pólos magnéticos.
Crédito: Observatório de Arecibo/Universidade da Florida Central, William Gonzalez and Andy Torres

Uma equipa internacional de investigadores do Centro para Ondas Gravitacionais e Cosmologia da Universidade da Virgínia Ocidental, EUA, fez uma importante descoberta de como podemos entender colisões de estrelas mortas e entender a expansão do Universo.

Descobriram um pulsar invulgar – um dos “faróis” de estrelas de neutrões giratórias e magnetizadas do espaço profundo que emite ondas de rádio altamente focadas dos seus pólos magnéticos.

O pulsar recém-descoberto (conhecido como PSR J1913+1102) faz parte de um sistema binário – o que significa que está em órbita íntima com outra estrela de neutrões. A investigação foi publicada na revista Nature.

“As estrelas de neutrões binárias são relativamente raras, representando menos de 1% da população conhecida de pulsares de rádio,” afirma Maura McLaughlin, professora de física e astronomia e uma das autoras do estudo. “As estrelas de neutrões nestes binários estão gradualmente a aproximar-se uma da outra, pois perdem energia devido à emissão de ondas gravitacionais, e eventualmente fundem-se numa explosão cataclísmica e formam um buraco negro.”

As estrelas de neutrões são remanescentes estelares de uma super-nova. São compostas da matéria mais densa conhecida – acumulando centenas de milhares de vezes a massa da Terra numa esfera do tamanho de uma cidade.

As duas estrelas de neutrões vão colidir daqui a cerca de 500 milhões de anos, libertando quantidades surpreendentes de energia na forma de luz e ondas gravitacionais.

Mas o pulsar recém-descoberto é invulgar porque as massas das suas duas estrelas de neutrões são bem diferentes – uma muito maior que a outra.

“Há apenas alguns anos atrás, detectaram-se ondas gravitacionais e radiação electromagnética da fusão de duas estrelas de neutrões,” disse McLaughlin. “Isto revolucionou a nossa visão das fusões de estrelas de neutrões. Para procurar mais destes eventos, os astrónomos têm que usar modelos que assumem algumas propriedades das estrelas de neutrões e, até agora, estes modelos assumem que as duas estrelas de neutrões em fusão têm massas iguais. No entanto, a descoberta mostra que as estrelas de neutrões nestes sistemas podem ter massas muito diferentes. Isto tem que ser tido em conta na maneira como se procuram estes objectos e também fornece informações sobre o modo como estes binários se formam.”

Na descoberta também esteve envolvido o estudante Nihan Pol, que deverá terminar o seu doutoramento em astrofísica este verão.

Pol serviu como co-líder na parte da síntese populacional desta descoberta com Ben Perera, ex-aluno da Universidade da Virgínia Ocidental. Pol ajudou a desenvolver o software usado para a análise. O resultado dessa análise é que cerca de uma em cada dez fusões observadas de duas estrelas de neutrões será de um sistema como J1913+1102.

“A universidade tem o maior grupo de investigação de estrelas de neutrões/pulsares dos EUA, talvez até do mundo, e foi realmente muito bom para o meu desenvolvimento profissional,” comentou Pol. “É muito emocionante estar envolvido neste tipo de investigação, onde encontramos sistemas novos e exóticos que têm implicações não apenas no estudo da evolução estelar e nos sistemas binários de estrelas de neutrões, mas também no campo relativamente novo da astrofísica das ondas gravitacionais. Estes grandes projectos internacionais fornecem uma oportunidade para aprender como comunicar e colaborar com colegas de todo o mundo e para trabalhar em conjunto para produzir ciência incrível.”

Este sistema assimétrico dá aos cientistas a confiança de que as fusões de estrelas de neutrões duplas vão fornecer pistas vitais sobre mistérios não resolvidos na astrofísica – incluindo uma determinação mais precisa do ritmo de expansão do Universo, conhecida como constante de Hubble.

A descoberta foi feita usando o radiotelescópio Arecibo em Porto Rico.

Astronomia On-line
14 de Julho de 2020

 

 

3929: Objecto-mistério. Cientistas podem ter descoberto a mais pesada estrela de neutrões (ou o mais leve buraco negro)

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

Uma equipa de astrofísicos dos observatórios de ondas gravitacionais LIGO e Virgo detectaram um objecto-mistério: pode ser a mais pesada estrela de neutrões ou o mais leve buraco negro já encontrado.

A maioria das super-novas, quando explodem, deixa para trás um buraco negro ou produz uma estrela de neutrões. Essa dualidade depende da massa original da estrela e é vista na população de objectos que produz.

A estrela de neutrões mais pesada não passa de 2,5 vezes a massa do Sol. O buraco negro mais leve observado é cinco vezes a nossa estrela. No meio dessa faixa está a chamada “diferença de massa”, que intriga os cientistas há décadas.

Agora, pesquisadores dos observatórios de ondas gravitacionais LIGO e Virgo anunciaram que encontraram um objecto com uma massa intermediária.

O objecto-mistério foi estimado em 2,6 massas solares e fez parte de uma colisão detectada em 14 de Agosto de 2019 (GW190814) com um buraco negro 23 vezes a massa do Sol.

Este evento é recorde por duas razões: é a emissão de ondas gravitacionais com a razão de massa mais extrema (9:1), e o próprio objecto é a estrela de neutrões mais pesada conhecida ou o mais leve buraco negro já detectado.

“É um desafio para os modelos teóricos actuais formar pares de objectos compactos mesclados com uma proporção de massa tão grande na qual o parceiro de baixa massa reside na diferença de massa. Essa descoberta implica que estes eventos ocorrem com muito mais frequência do que o previsto, tornando-o um objecto de baixa massa realmente intrigante”, disse o co-autor Vicky Kalogera, professor da Northwestern University, em comunicado.

“O objecto misterioso pode ser uma estrela de neutrões a fundir-se com um buraco negro, uma possibilidade emocionante esperada teoricamente, mas ainda não confirmada observacionalmente. No entanto, 2,6 vezes a massa do nosso Sol excede as previsões modernas para a massa máxima de estrelas de neutrões e pode ser o buraco negro mais leve já detectado”.

Após a detecção do LIGO e do Virgo, um alerta foi enviado à comunidade astronómica. Dezenas de telescópios no solo e no Espaço procuraram o evento, mas não foi detectado nenhum evento transitório. Até agora, apenas um evento foi confirmado com telescópios ópticos, a primeira colisão de estrelas de neutrões GW170817, que criou um objecto que se encontrava no limite da diferença de massa. Este novo evento foi seis vezes maior do que o GW170817, tornando muito mais difícil encontrá-lo.

“Este é o primeiro vislumbre do que poderia ser uma população totalmente nova de objectos binários compactos”, disse Charlie Hoy, membro da LIGO Scientific Collaboration e estudante de pós-graduação na Cardiff University. “O que é realmente emocionante é que isto é apenas o começo. À medida que os detectores se tornam cada vez mais sensíveis, observaremos ainda mais estes sinais e conseguiremos identificar as populações de estrelas de neutrões e buracos negros no universo”.

A verdadeira natureza do objecto permanecerá ambígua, mas espera-se que descobertas de eventos semelhantes forneçam algum conhecimento retroactivo sobre este.

Este estudo foi publicado este mês na revista científica The Astrophysical Journal Letters.

ZAP //

Por ZAP
29 Junho, 2020

 

 

3781: Descoberto novo tipo de matéria exótica no “coração” das estrelas de neutrões

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA/FÍSICA

Jyrki Hokkanen, CSC – IT Center for Science

Uma investigação levada a cabo por um grupo de cientistas da Finlândia encontrou fortes evidências da existência de matéria exótica de quarks no interior dos núcleos das maiores estrelas de neutrões.

Em comunicado, os cientistas explicam que chegaram a esta conclusão ao combinar resultados recentes da Física teórica nuclear e de partículas teóricas com medições de ondas gravitacionais de colisões de estrelas de neutrões.

“Confirmar a existência de núcleos de quarks no interior de estrelas de neutrões tem sido um dos objectivos mais importantes na física de estrelas de neutrões, uma vez que esta possibilidade foi acolhida pela primeira vez há cerca de 40 anos”, explicou o Aleksi Vuorinen, professor do Departamento de Física da Universidade de Helsínquia, na Finlândia, e co-autor do estudo citado na mesma nota.

Até então, não era claro se a matéria existente nos núcleos das estrelas de neutrões mais massivas entra em colapso num estado ainda mais exótico – chamado matéria de quarks -, onde os núcleos deixam de existir, explica a Europa Press.

No novo estudo, cujos resultados foram recentemente publicados na revista científica Nature Physics, os cientistas afirmam que a resposta a esta questão é sim: no interior dos núcleos das estrelas de neutrões, existe matéria exótica de quarks.

A mesma publicação sublinha que a matéria que existe no “coração” dos núcleos das estrelas de neutrões estáveis mais massivas é bem mais semelhante com a matéria de quarks do que com a matéria nuclear comum.

Entende-se por estrela de neutrões um núcleo colapsado de uma grande estrela que, antes de colapsar, terá tido entre 10 a 29 massas solares.

As estrelas muito mais massivas do que o nosso Sol geralmente terminam as suas vidas como uma estrela de neutrões ou como um buraco negro. As estrelas de neutrões emitem pulsos regulares de radiação que permitem a sua detecção.

ZAP //

Por ZAP
4 Junho, 2020

 

 

3708: Nos enxames estelares, os buracos negros fundem-se com estrelas de neutrões, mas sem ninguém ver

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Fusões entre buracos negros e estrelas de neutrões, isto é, fusões sem a emissão de radiação electromagnética, têm lugar em ambientes estelares densos como no enxame globular NGC 3201, visto na imagem.
Crédito: ESO

As fusões entre buracos negros e estrelas de neutrões em enxames estelares densos são bastante diferentes daquelas que se formam em regiões isoladas, onde existem poucas estrelas. As suas características associadas podem ser cruciais para o estudo das ondas gravitacionais e da sua fonte. O Dr. Manuel Arca Sedda, do Instituto de Computação Astronómica da Universidade de Heidelberg, chegou a esta conclusão num estudo que utilizou simulações de computador. A investigação pode fornecer informações críticas sobre a fusão de dois objectos estelares massivos que os astrónomos observaram em 2019. Os achados foram publicados na revista Communications Physics.

As estrelas muito mais massivas do que o nosso Sol geralmente terminam as suas vidas como uma estrela de neutrões ou como um buraco negro. As estrelas de neutrões emitem pulsos regulares de radiação que permitem a sua detecção. Por exemplo, em Agosto de 2017, quando foi observada a primeira fusão de duas estrelas de neutrões, os cientistas de todo o mundo detectaram luz da explosão com os seus telescópios. Os buracos negros, por outro lado, geralmente permanecem ocultos porque a sua atracção gravitacional é tão forte que nem a luz pode escapar, tornando-os invisíveis aos detectores electromagnéticos.

Se dois buracos negros se fundirem, o evento pode ser invisível, mas, no entanto, é detectável graças a ondulações no espaço-tempo na forma das chamadas ondas gravitacionais. Certos detectores, como o LIGO (Laser Interferometer Gravitational Waves Observatory) nos EUA, são capazes de detectar essas ondas. A primeira observação bem-sucedida foi feita em 2015. O sinal foi criado pela fusão de dois buracos negros. Mas este evento pode não ser a única fonte de ondas gravitacionais, pois também podem surgir da fusão de duas estrelas de neutrões ou da fusão de um buraco negro com uma estrela de neutrões. De acordo com o Dr. Arca Sedda, descobrir as diferenças é um dos principais desafios na observação destes eventos.

No seu estudo, o investigador da Universidade de Heidelberg analisou a fusão de pares de buracos negros e estrelas de neutrões. Ele usou simulações detalhadas de computador para estudar as interacções entre um sistema composto por uma estrela e um objecto compacto, como um buraco negro, e um terceiro objecto massivo e deambulante necessário para uma fusão. Os resultados indicam que estas interacções de três corpos podem de facto contribuir para fusões de estrelas neutrões com buracos negros em regiões estelares densas como enxames globulares. “Pode ser definida uma família especial de fusões dinâmicas que é distintamente diferente de fusões em áreas isoladas,” explica Manuel Arca Sedda.

A fusão de um buraco negro com uma estrela de neutrões foi observada pela primeira vez com observatórios de ondas gravitacionais em Agosto de 2019. No entanto, observatórios ópticos de todo o mundo não conseguiram localizar a contraparte electromagnética na região da qual o sinal da onda gravitacional teve origem, sugerindo que o buraco negro devorou completamente a estrela de neutrões sem antes a destruir. Se confirmada, esta poderá ser a primeira fusão entre um buraco negro e uma estrela de neutrões detectada num ambiente estelar denso, conforme descrito pelo Dr. Arca Sedda.

Astronomia On-line
19 de Maio de 2020

 

 

3493: Estrela de neutrões com 11 km de raio

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Uma típica estrela de neutrões com um raio de 11 km tem mais ou menos o tamanho de uma cidade média.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

Uma equipa internacional de investigação liderada por membros do Instituto Max Planck para Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) obteve novas medições do tamanho das estrelas de neutrões. Para tal, combinaram uma descrição geral dos primeiros princípios do comportamento desconhecido da matéria das estrelas de neutrões com observações multi-mensageiras da fusão do binário de estrelas de neutrões GW170817. Os seus resultados, publicados na revista Nature Astronomy, são mais rigorosos por um factor de dois do que os limites anteriores e mostram que uma estrela de neutrões típica tem um raio próximo dos 11 quilómetros. Também descobriram que as estrelas de neutrões que se fundem com buracos negros são, na maioria dos casos, provavelmente engolidas inteiras, a menos que o buraco negro seja pequeno e/ou gire rapidamente. Isto significa que, embora tais fusões possam ser observadas como fontes de ondas gravitacionais, seriam invisíveis no espectro electromagnético.

“As fusões de estrelas de neutrões binárias são uma mina de ouro de informações!” diz Collin Capano, investigador do Instituto Albert Einstein em Hannover e autor principal do estudo publicado na Nature Astronomy. “As estrelas de neutrões contêm a matéria mais densa do Universo observável. Na verdade, são tão densas e compactas que podemos pensar de toda a estrela como um único núcleo atómico, ampliado para o tamanho de uma cidade. Ao medir as propriedades destes objectos, aprendemos mais sobre a física fundamental que governa a matéria no nível subatómico.”

“Descobrimos que uma típica estrela de neutrões, que é cerca de 1,4 vezes mais massiva do que o nosso Sol, tem um raio de aproximadamente 11 quilómetros,” diz Badri Krishnan, que liderou a equipa de investigação no Instituto Albert Einstein em Hannover. “Os nossos resultados limitam o raio até provavelmente entre 10,4 e 11,9 quilómetros. É um intervalo duas vezes mais rigoroso do que os resultados anteriores.”

Fusões de estrelas de neutrões binárias como um tesouro astrofísico

As estrelas de neutrões são remanescentes compactos e extremamente densos de explosões de super-nova. São mais ou menos do tamanho de uma cidade e têm até o dobro da massa do nosso Sol. Não sabemos como esta matéria extremamente densa e rica em neutrões se comporta e é impossível criar estas condições num qualquer laboratório da Terra. Os físicos propuseram vários modelos (equações de estado), mas não se sabe qual (se é que existe) destes modelos descreve correctamente a matéria das estrelas de neutrões na natureza.

As fusões de estrelas de neutrões binárias – como GW170817, que foi observada em ondas gravitacionais e em todo o espectro electromagnético em Agosto de 2017 – são os eventos astrofísicos mais excitantes quando se trata de aprender mais sobre a matéria em condições extremas e a física nuclear subjacente. A partir daqui os cientistas podem, por sua vez, determinar as propriedades físicas das estrelas de neutrões, como o raio e a massa.

A equipa de investigação usou um modelo baseado numa descrição dos primeiros princípios de como as partículas subatómicas interagem nas altas densidades encontradas nas estrelas de neutrões. Notavelmente, como mostra a equipa, os cálculos teóricos a escalas inferiores a um bilionésimo de milímetro podem ser comparados com observações de um objecto astrofísico a mais de cem milhões de anos-luz de distância.

“É um pouco incompreensível,” diz Capano. “GW170817 foi provocado pela colisão de dois objectos com o tamanho de uma cidade há 120 milhões de anos, quando os dinossauros ainda vagueavam pela Terra. Isto ocorreu numa galáxia a mais de mil triliões de quilómetros de distância. A partir deste evento, obtivemos informações sobre a física subatómica.”

Qual é o tamanho de uma estrela de neutrões?

A descrição dos primeiros princípios, usada pelos investigadores, prevê uma família inteira de possíveis equações de estado para as estrelas de neutrões, que são directamente derivadas da física nuclear. Desta família, os autores seleccionaram os membros com a maior probabilidade de explicar diferentes observações astrofísicas; escolheram modelos que:

  • concordam com as observações de ondas gravitacionais de GW170817 a partir de dados públicos do LIGO e do Virgo;
  • produzem uma estrela de neutrões hiper-massiva e de vida curta como resultado da fusão;
  • concordam com as restrições conhecidas na massa máxima da estrela de neutrões a partir das observações electromagnéticas de GW170817.

Isto não só permitiu que os cientistas obtivessem informações robustas sobre a física da matéria densa, mas também que obtivessem os limites mais rigorosos, até ao momento, do tamanho das estrelas de neutrões.

Observações futuras de ondas gravitacionais e astronomia multi-mensageira

“Estes resultados são empolgantes, não apenas porque conseguimos melhorar em muito as medições dos raios das estrelas de neutrões, mas porque nos dá uma janela para o destino final das estrelas de neutrões na fusão de binários,” diz Stephanie Brown, co-autora da publicação e estudante de doutoramento no mesmo instituto. Os novos resultados sugerem que, com um evento como GW170817, os detectores LIGO e Virgo, com a sensibilidade projectada, poderão distinguir facilmente, apenas com ondas gravitacionais, a fusão de duas estrelas de neutrões ou de dois buracos negros. Para GW170817, as observações no espectro electromagnético foram cruciais para fazer esta distinção.

A equipa de investigação também descobriu que, para binários mistos (uma estrela de neutrões que se funde com um buraco negro), a existirem apenas ondas gravitacionais da fusão, haverá dificuldade em distinguir estes eventos dos eventos de buracos negros binários. As observações no espectro electromagnético ou de ondas gravitacionais, no rescaldo da fusão, serão cruciais para as diferenciar.

No entanto, os novos resultados também implicam que é improvável que se obtenham observações multi-mensageiras de fusões de binários mistos. “Nós mostrámos que em quase todos os casos a estrela de neutrões não será dilacerada pelo buraco negro, mas engolida por inteiro,” explica Capano. “Somente quando o buraco negro é muito pequeno ou gira rapidamente, é que pode perturbar a estrela de neutrões antes de a engolir; e só então é que podemos esperar ver algo mais além de ondas gravitacionais.”

Um futuro brilhante pela frente

Na próxima década, os detectores existentes de ondas gravitacionais tornar-se-ão ainda mais sensíveis, e detectores adicionais começarão as suas observações. A equipa de investigação espera detecções de ondas gravitacionais mais “audíveis” e possíveis observações multi-mensageiras da fusão de estrelas de neutrões binárias. Cada uma destas fusões proporcionará oportunidades maravilhosas para aprender mais sobre as estrela de neutrões e sobre a física nuclear.

Astronomia On-line
13 de Março de 2020

 

 

3348: Rede LIGO-Virgo detecta outra colisão de estrelas de neutrões

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista da colisão de duas estrelas de neutrões.
Crédito: NSF/LIGO/Universidade Estatal de Sonoma/A. Simonnet

No dia 25 de Abril de 2019, o Observatório LIGO em Livingston captou o que pareciam ser ondulações gravitacionais de uma colisão de duas estrelas de neutrões. O LIGO em Livingston faz parte de uma rede que inclui o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), financiado pela NSF (National Science Foundation) e o detector europeu Virgo. Agora, um novo estudo confirma que este evento foi provavelmente o resultado de uma fusão de duas estrelas de neutrões. Esta seria apenas a segunda vez que este tipo de evento foi observado em ondas gravitacionais.

A primeira observação deste tipo, realizada em Agosto de 2017, fez história por ser a primeira vez que tanto ondas gravitacionais como luz foram detectadas a partir do mesmo evento cósmico. A fusão de 25 de Abril, por outro lado, não resultou na detecção de qualquer luz. No entanto, através de uma análise apenas dos dados das ondas gravitacionais, os investigadores descobriram que a colisão produziu um objecto com uma massa invulgarmente alta.

“A partir de observações convencionais com luz, já conhecíamos 17 sistemas binários de estrelas de neutrões na nossa própria Galáxia e estimámos as massas destas estrelas,” diz Ben Farr, membro da equipa do LIGO na Universidade de Oregon. “O que é surpreendente é que a massa combinada deste binário é muito maior do que o esperado.”

“Detectámos um segundo evento consistente com um sistema binário de estrelas de neutrões e esta é uma importante confirmação do evento de Agosto de 2017 que assinalou há dois anos um emocionante novo começo para a astronomia multi-mensageira,” comenta Jo van den Brand, porta-voz do Virgo e professor na Universidade de Maastricht, em Nikhef e na Vrije Universiteit em Amesterdão, Países Baixos. A astronomia multi-mensageira ocorre quando diferentes tipos de sinais são testemunhados simultaneamente, como aqueles baseados em ondas gravitacionais e luz.

O estudo, submetido à revista The Astrophysical Journal Letters, é da autoria de uma equipa internacional composta pela Colaboração Científica LIGO e pela Colaboração Virgo, esta última associada ao detector de ondas gravitacionais Virgo na Itália. Os resultados foram apresentados no passado dia 6 de Janeiro na 235.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Honolulu, Hawaii.

As estrelas de neutrões são os remanescentes de estrelas moribundas que sofrem explosões catastróficas à medida que entram em colapso no final das suas vidas. Quando duas estrelas de neutrões espiralam uma em direcção à outra, sofrem uma fusão violenta que expele ondulações gravitacionais através do tecido do espaço e do tempo.

O LIGO tornou-se o primeiro observatório a detectar directamente ondas gravitacionais em 2015; nesse caso, as ondas foram geradas pela feroz colisão de dois buracos negros. Desde então, o LIGO e o Virgo detectaram dúzias de candidatos a fusões de buracos negros.

A fusão de estrelas de neutrões de Agosto de 2017 foi captada pelos dois detectores LIGO, um em Livingston, no estado norte-americano do Louisiana, e o outro em Hanford, Washington, juntamente com uma série de telescópios espalhados por todo o mundo (as colisões de estrelas de neutrões produzem luz e pensa-se que as colisões de buracos negros não). Esta fusão não foi visível claramente nos dados do Virgo, mas esse facto forneceu informações importantes que finalmente identificaram a localização do evento no céu.

O evento de Abril de 2019 foi identificado pela primeira vez em dados apenas do detector LIGO Livingston. O detector LIGO Hanford estava na altura temporariamente offline e, a uma distância de mais de 500 milhões de anos-luz, o evento era fraco demais para ser detectável nos dados do Virgo. Usando os dados de Livingston, combinados com informações derivadas dos dados do Virgo, a equipa reduziu a localização do evento para uma região do céu com mais de 8200 graus quadrados em tamanho, ou cerca de 20% do céu. Em comparação, o evento de Agosto de 2017 foi reduzido a uma região de apenas 16 graus quadrados, ou 0,04% do céu.

“Este é o nosso primeiro evento publicado para a detecção num único observatório,” diz Anamaria Effler do Caltech, cientista que trabalha no LIGO Livingston. “Mas o Virgo deu uma contribuição valiosa. Usámos informações sobre a sua não-detecção para nos dizer aproximadamente de onde o sinal deve ter tido origem.”

Os dados do LIGO revelam que a massa combinada dos corpos fundidos é de aproximadamente 3,4 vezes a massa do nosso Sol. Na nossa Galáxia, os sistemas binários de estrelas de neutrões conhecidos combinam massas até 2,9 vezes a do Sol. Uma possibilidade para a massa extraordinariamente alta é que a colisão ocorreu não entre duas estrelas de neutrões, mas entre uma estrela de neutrões e um buraco negro, já que os buracos negros são mais massivos que as estrelas de neutrões. Mas se fosse esse o caso, o buraco negro teria que ser excepcionalmente pequeno para a sua classe. Ao invés, os cientistas pensam que é muito mais provável que o LIGO tenha testemunhado a destruição de duas estrelas de neutrões.

“O que sabemos a partir dos dados é as massas, e as massas individuais provavelmente correspondem a estrelas de neutrões. No entanto, como um sistema binário de estrelas de neutrões, a massa total é muito mais elevada do que em qualquer outro binário conhecido na Via Láctea,” diz Surabhi Sachdev, membro da equipa LIGO com sede na Universidade Estatal da Pensilvânia. “E isso pode ter implicações interessantes sobre como o par se formou originalmente.”

Pensa-se que os pares de estrelas de neutrões se formem de duas maneiras possíveis. Podem formar-se a partir de sistemas binários de estrelas massivas que terminam as suas vidas como estrelas de neutrões, ou podem surgir quando duas estrelas de neutrões formadas separadamente se agrupam num ambiente estelar denso. Os dados do LIGO para o evento de 25 Abril não indicam qual dos cenários é o mais provável, mas sugerem que são necessários mais dados e novos modelos para explicar a massa inesperadamente alta da fusão.

Astronomia On-line
10 de Janeiro de 2020

 

3274: Halo em redor de uma estrela de neutrões pode ajudar a resolver o mistério da antimatéria

CIÊNCIA

A antimatéria, o oposto da matéria na escala subatómica, já intriga os cientistas há quase um século. A sua natureza e a maneira como interage com outros tipos de matéria permanecem amplamente desconhecidas, apesar de décadas de pesquisa.

Há cerca de uma década, os astrónomos descobriram que os pósitrões, a versão antimatéria dos electrões, eram inexplicavelmente abundantes perto da Terra – e uma estrutura cósmica recém-descoberta poderá finalmente ajudar a explicar porquê.

Na semana passada, investigadores da NASA publicaram um novo estudo na revista científica Physical Review D que detalha a descoberta de um brilho fraco, mas gigantesco, de luz de alta energia em torno de um pulsar – um tipo de estrelas de neutrões – perto da Terra.

O brilho em forma de halo da estrela de neutrões é tão grande e está tão próximo de nós que pareceria 40 vezes maior do que uma Lua cheia no céu nocturno.

O brilho de raios gama – radiação electromagnética resultante da deterioração dos núcleos atómicos – emanados da estrela de neutrões chamada “Geminga” foi detectado pela primeira vez em 1972 e foi encontrado a cerca de 800 anos-luz de distância na constelação de Gémeos.

Porém, só agora é que os cientistas conseguiram isolar os sinais emanados da própria estrela, separando os seus raios gama dos abundantes raios de luz difusa causados por partículas que refletem a luz das estrelas que a cerca. Isso permitiu ver a auréola e determinar que Geminga poderia ser responsável por mais de 20% dos pósitrões detectados perto da Terra.

“O nosso trabalho demonstra a importância de estudar fontes individuais para prever como contribuem para os raios cósmicos”, disse Mattia Di Mauro, investigadora da NASA, em comunicado. “Esse é um aspeto do novo e empolgante campo chamado astronomia multi-messenger, onde estudamos o universo usando vários sinais, como raios cósmicos, além da luz”.

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Por ZAP
27 Dezembro, 2019

 

 

3112: Estrela de neutrões escondida há 32 anos foi finalmente descoberta

CIÊNCIA

Uma equipa de cientistas da Universidade de Cardiff conseguiu encontrar uma estrela de neutrões que os cientistas procuravam há mais de três décadas.

A busca que durou 32 anos conheceu o fim: a estrela de neutrões “desaparecida” foi finalmente avistada a espreitar dos destroços estelares, dando aos cientistas uma oportunidade única de estudar os primeiros momentos, e os últimos, do cataclismo de uma estrela.

Todos os detalhes foram captados pelo telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), localizado no Chile, que proporcionou detalhes de tirar o fôlego, revela o Scientific American.

A 23 de Fevereiro de 1987, os astrónomos assistiram entusiasmados à explosão de uma estrela numa galáxia próxima, o exemplo mais próximo conhecido de uma super-nova nos últimos 400 anos. A explosão lançou uma nuvem de poeira e detritos tão densa que a estrela de neutrões resultante não havia sido localizada até hoje.

A Super-nova 1987A foi registada a 23 de Fevereiro daquele ano por Ian Shelton, da Universidade de Toronto, usando o observatório Las Campanas, no Chile.

Este foi o primeiro evento deste género observado por um equipamento moderno. O brilho teve a intensidade de 100 milhões de sóis, adianta o Canal Tech, explicando, contudo, que o núcleo restante da explosão da super-gigante azul conhecida como Sanduleak -69º 202, a cerca de 160 mil anos-luz da Terra, permanecia escondido… até hoje.

Os astrónomos utilizaram o telescópio ALMA para localizar a estrela de neutrões que se escondia numa nuvem de poeira que continua dispersa na galáxia conhecida como Grande Nuvem de Magalhães, que fica muito perto da nossa Via Láctea. O artigo científico foi publicado no dia 19 de Novembro no The Astrophysical Journal.

“Podemos afirmar, pela primeira vez, que há uma estrela de neutrões dentro desta nuvem remanescente da super-nova”, declarou Phil Cigan, um dos autores do estudo. “A sua luz foi encoberta por uma densa nuvem de poeira, que bloqueou a luz directa da estrela de neutrões em vários comprimentos de onda, como se fosse neblina a cobrir um holofote.”

Mikako Matsuura, outro autor do estudo, explicou que o telescópio localizado no deserto do Atacama foi essencial para colocar um ponto final nesta busca que dura há mais de duas décadas.

“Apesar de a luz da estrela de neutrões ser absorvida pela nuvem de poeira que a rodeia, isso faz com que a nuvem brilhe sob luz sub-milimétrica, que agora podemos observar e identificar com o extremamente sensível telescópio ALMA”, explicou.

A Super-nova 1987A é uma das explosões mais próximas da Terra alguma vez registadas. A dificuldade em encontrar a estrela de neutrões resultante deste evento chegou a criar algumas dúvidas no seio científico, com muitos astrónomos a questionar se a ciência havia entendido o progresso da vida de uma estrela deste tipo.

O mais recente registo dos investigadores da Universidade de Cardiff é essencial para avanços futuros no estudo do Universo.

ZAP //

Por ZAP
29 Novembro, 2019

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2898: Primeira identificação de um elemento pesado formado durante a colisão de duas estrelas de neutrões

CIÊNCIA

Com o auxílio de dados recolhidos pelo instrumento X-shooter montado no VLT do ESO, uma equipa de investigadores europeus descobriu assinaturas de estrôncio formado numa fusão de duas estrelas de neutrões. Esta imagem artística mostra duas estrelas de neutrões minúsculas mas muito densas na altura em que se fundem e explodem sob a forma de uma quilonova. Em primeiro plano, vemos uma representação de estrôncio recém formado.
Crédito: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Foi detectado pela primeira vez no espaço um elemento pesado recém-formado, o estrôncio, no seguimento de uma fusão de duas estrelas de neutrões. Esta descoberta, feita com observações efectuadas pelo espectrógrafo X-shooter, montado no VLT (Very Large Telescope) do ESO, foi publicada anteontem na revista Nature. A detecção confirma que os elementos mais pesados do Universo se podem formar em fusões de estrelas de neutrões, dando-nos assim a peça que faltava no puzzle da formação de elementos químicos.

Em 2017, no seguimento da detecção das ondas gravitacionais que passaram pela Terra, o ESO apontou os seus telescópios, incluindo o VLT, à fonte destas ondas: uma fusão de estrelas de neutrões chamada GW170817. Os astrónomos suspeitavam que, se os elementos pesados se formassem efectivamente em colisões de estrelas de neutrões, as assinaturas destes elementos poderiam ser detectadas em quilonovas, os resultados explosivos destas fusões. Foi exactamente isso que uma equipa de investigadores europeus fez, usando dados recolhidos pelo instrumento X-shooter, montado no VLT do ESO.

No seguimento da fusão GW170817, o complemento de telescópios do ESO começou a monitorizar a explosão de quilonova emergente num vasto domínio de comprimentos de onda. Em particular, o X-shooter obteve uma série de espectros desde o ultravioleta ao infravermelho próximo. A análise preliminar destes espectros sugeria a presença de elementos pesados na quilonova, mas os astrónomos não conseguiram identificar na altura elementos individuais.

“Ao reanalisar os dados da fusão obtidos em 2017, identificámos a assinatura de um elemento pesado nesta bola de fogo, o estrôncio, provando assim que a colisão de estrelas de neutrões dá origem a este elemento no Universo,” diz o autor principal do estudo, Darach Watson da Universidade de Copenhaga, na Dinamarca. Na Terra, o estrôncio encontra-se no solo de forma natural, estando concentrado em certos minerais. Os seus sais são utilizados para dar ao fogo de artifício uma cor vermelha brilhante.

Os astrónomos conhecem os processos físicos que dão origem aos elementos desde a década de 1950. Nas décadas seguintes, foram sendo descobertas as regiões cósmicas de cada uma destas forjas nucleares principais, excepto uma. “Esta é a fase final de uma busca de longas décadas para descobrir a origem dos elementos,” disse Watson. “Sabemos que os processos que formaram os elementos ocorreram essencialmente em estrelas normais, em explosões de super-novas e nas camadas mais exteriores de estrelas velhas. Mas, até agora, não conhecíamos a localização do processo final, conhecido por captura rápida de neutrões e que deu origem aos elementos mais pesados da tabela periódica.”

A captura rápida de neutrões é um processo no qual um núcleo atómico captura neutrões de modo suficientemente rápido para permitir a formação de elementos muito pesados. Apesar de muitos elementos serem produzidos nos núcleos das estrelas, para criar elementos mais pesados que o ferro, tais como o estrôncio, são necessários meios ainda mais quentes com muitos neutrões livres. A captura rápida de neutrões ocorre naturalmente apenas em ambientes extremos, onde os átomos são bombardeados por um enorme número de neutrões.

“Esta é a primeira vez que conseguimos associar directamente material recém-formado por captura de neutrões com uma fusão de estrelas de neutrões, confirmando assim que as estrelas de neutrões são efectivamente compostas de neutrões e associando a tais fusões o processo de captura rápida de neutrões tão debatido,” diz Camilla Juul Hansen do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, que desempenhou um papel principal neste estudo.

Os cientistas começam agora finalmente a compreender melhor as fusões de estrelas de neutrões e as quilonovas. Devido ao conhecimento limitado que temos destes fenómenos e a várias complexidades nos espectros que o X-shooter obteve da explosão, os astrónomos não tinham conseguido identificar anteriormente elementos individuais.

“Na realidade, a ideia de que poderíamos estar a ver estrôncio ocorreu-nos pouco depois do evento. No entanto, mostrar que este era de facto o caso revelou-se muito difícil. Esta dificuldade deveu-se ao nosso conhecimento muito incompleto da aparência espectral dos elementos mais pesados da tabela periódica,” disse Jonatan Selsing, da Universidade de Copenhaga, Dinamarca, e outro dos autores principais do artigo científico que descreve estes resultados.

A fusão GW170817 tratou-se da quinta detecção de ondas gravitacionais, tornada possível graças ao LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) da NSF nos EUA e ao interferómetro Virgo na Itália. Situada na galáxia NGC 4993, esta fusão foi a primeira, e até à data a única, fonte de ondas gravitacionais onde a contraparte visível foi detectada por telescópios na Terra.

Com os esforços combinados do LIGO, Virgo e VLT, podemos agora compreender melhor os mecanismos interiores das estrelas de neutrões e as suas fusões explosivas.

Astronomia On-line
25 de Outubro de 2019

 

2698: Pulsos raios gama de estrela de neutrões que gira 707 vezes por segundo

Um pulsar e a sua pequena companheira estelar, vistas no seu plano orbital. A poderosa radiação e o “vento” pulsar – um fluxo de partículas altamente energéticas – aquecem fortemente o lado da estrela orientado na direcção do pulsar até temperaturas duas vezes mais altas do que a superfície do Sol. O pulsar está a evaporar gradualmente a sua parceira, que enche o sistema com gás ionizado e impede os astrónomos de detectarem, na maior parte do tempo, o feixe rádio do pulsar.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Cruz deWilde

Uma equipa internacional de investigação liderada pelo Instituto Max Planck para Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein em Hannover) descobriu que o pulsar de rádio J0952-0607 também emite radiação gama pulsada. J0952-0607 gira 707 vezes por segundo e é o segundo na lista de estrelas de neutrões de rápida rotação. Através da análise de 8,5 anos de dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA, observações de rádio do LOFAR dos últimos dois anos, observações de dois grandes telescópios ópticos, e dados de ondas gravitacionais dos detectores LIGO, a equipa usou uma abordagem variada para estudar em detalhe o sistema binário do pulsar e da sua companheira leve. O estudo publicado na revista The Astrophysical Journal mostra que os sistemas pulsares extremos estão escondidos nos catálogos Fermi e motiva investigações adicionais. Apesar de muito extensa, a análise também levanta novas questões não respondidas sobre este sistema.

Os pulsares são os restos compactos de explosões estelares que possuem fortes campos magnéticos e que giram muito depressa. Emitem radiação como um farol cósmico e podem ser observados como pulsares de rádio e/ou pulsares de raios gama, dependendo da sua orientação para a Terra.

O pulsar mais rápido fora dos enxames globulares

PSR J0952-0607 (o nome indica a posição no céu) foi descoberto pela primeira vez em 2017 por observações de rádio de uma fonte identificada pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi como possivelmente um pulsar. Não foram detectadas pulsações de raios gama nos dados do LAT (Large Area Telescope) a bordo do Fermi. Observações com os radiotelescópios LOFAR identificaram uma fonte de rádio pulsante e – juntamente com as observações por telescópios ópticos – permitiram medir algumas propriedades do pulsar. Está a orbitar o centro de massa comum em 6,2 horas com uma estrela companheira que tem apenas 1/50 da massa do nosso Sol. O pulsar gira 707 vezes por segundo e é, portanto, a mais rápida rotação na nossa Galáxia para lá dos densos ambientes dos enxames globulares.

Procurando sinais extremamente fracos

Usando estas informações anteriores do sistema binário, Lars Nieder, estudante de doutoramento no Instituto Albert Einstein em Hannover, decidiu verificar se o pulsar também emitia raios gama pulsados. “Esta investigação é extremamente desafiadora porque o Telescópio de Raios Gama Fermi apenas registou o equivalente a cerca de 200 raios gama oriundos do pulsar fraco nos seus 8,5 anos de observações. Durante este período, o próprio pulsar girou 220 mil milhões de vezes. Por outras palavras, apenas foi observado um raio gama a cada mil milhões de rotações!”, explicou Nieder. “Para cada um destes raios gama, a pesquisa deve identificar exactamente quando e qual das rotações de 1,4 milissegundos o emitiu.”

Isto requer vasculhar os dados com uma resolução muito fina para não perder nenhum sinal possível. O poder de computação necessário é enorme. A busca muito sensível por pulsações leves de raios gama levaria 24 anos a ser concluída num único núcleo de computador. Ao usarem o complexo computacional do Instituto Albert Einstein em Hannover, terminaram em apenas 2 dias.

Uma estranha primeira detecção

“A nossa pesquisa encontrou um sinal, mas algo estava errado! O sinal era muito fraco e não estava exactamente onde deveria estar. A razão: a nossa detecção de raios gama de J0952-0607 havia revelado um erro de posição nas observações iniciais do telescópio óptico que usámos para direccionar a nossa análise. A nossa descoberta das pulsações de raios gama revelou este erro,” explica Nieder. “Este erro foi corrigido na publicação que relatou a descoberta do pulsar de rádio. Uma nova e extensa pesquisa de raios gama fez uma descoberta bastante fraca – mas estatisticamente significativa – de pulsar de raios gama na posição corrigida.”

Tendo descoberto e confirmado a existência da radiação gama pulsada do pulsar, a equipa voltou aos dados do Fermi e usou os 8,5 anos completos de Agosto de 2008 a Janeiro de 2017 para determinar os parâmetros físicos do pulsar e do seu sistema binário. Dado que a radiação gama de J0952-0607 era muito fraca, tiveram que aprimorar o seu método de análise desenvolvido anteriormente para incluir correctamente todas as incógnitas.

Outra surpresa: sem pulsos gama até Julho de 2011

A solução derivada continha outra surpresa, porque era impossível detectar pulsos de raios gama da estrela de neutrões nos dados anteriores a Julho de 2011. A razão pela qual o pulsar parece apenas mostrar pulsos após essa data é desconhecida. As variações na quantidade de raios gama emitidos podem ser uma razão, mas o pulsar é tão ténue que não foi possível testar esta hipótese com precisão suficiente. Alterações na órbita do pulsar, vistas em sistemas similares, também podem fornecer uma explicação, mas não havia sequer uma pista nos dados de que isso estava a acontecer.

Observações ópticas levantam outras questões

A equipa também usou observações com o NTT (New Technology Telescope) do ESO em La Silla e com o GTC (Gran Telescopio Canarias) em La Palma para examinar a estrela companheira do pulsar. Muito provavelmente tem bloqueio de marés em relação ao pulsar, como a Lua em relação à Terra, de modo que um lado está sempre virado para o pulsar e é aquecido pela sua radiação. Embora a estrela companheira orbite o sistema de massa do binário, o seu lado “diurno” mais quente e o seu lado “nocturno” mais frio são visíveis da Terra e o brilho e a cor observada variam.

Estas observações criam outro enigma. Embora as observações rádio apontem para uma distância de aproximadamente 4400 anos-luz, as observações ópticas implicam uma distância cerca de três vezes maior. Se o sistema estivesse relativamente próximo da Terra, apresentaria uma companheira extremamente compacta e densa, nunca antes vista, enquanto as distâncias maiores são compatíveis com as densidades de companheiras pulsares semelhantes conhecidas. Uma explicação para esta discrepância pode ser a existência de ondas de choque no vento de partículas do pulsar, que podem levar a um aquecimento diferente da companheira. Mais observações de raios gama com o LAT do Fermi devem ajudar a responder a esta pergunta.

À procura de ondas gravitacionais contínuas

Outro grupo de investigadores do Instituto Albert Einstein em Hannover procurou a emissão contínua de ondas gravitacionais do pulsar usando dados da primeira (O1) e da segunda (O2) campanhas de observação do LIGO. Os pulsares podem emitir ondas gravitacionais quando possuem pequenas “colinas” ou “inchaços” à sua superfície. A investigação não detectou ondas gravitacionais, o que significa que a forma do pulsar deve estar muito próxima de uma esfera perfeita, com as maiores deformações não excedendo fracções de um milímetro.

Estrelas de neutrões em rápida rotação

A compreensão dos pulsares em rápida rotação é importante porque são sondas da física extrema. A rapidez com que as estrelas de neutrões podem girar antes de se separarem devido às forças centrífugas é desconhecida e depende de física nuclear desconhecida. Os pulsares de milissegundo como J0952-0607 giram tão depressa porque foram acelerados pela acreção de matéria da sua companheira. Pensa-se que este processo enterre o campo magnético do pulsar. Com observações de raios gama a longo prazo, a equipa de investigação mostrou que J0952-0607 possui um dos dez campos magnéticos mais baixos já medidos para um pulsar, consistente com as expectativas teóricas.

Einstein@Home procura casos de estudo de física extrema

“Vamos continuar a estudar este sistema com observatórios de raios gama, rádio e ópticos, pois ainda há perguntas sem resposta. Esta descoberta também mostra mais uma vez que os sistemas pulsares extremos estão escondidos no catálogo LAT do Fermi,” diz o professor Bruce Allen, supervisor do doutoramento de Nieder e Director do Instituto Albert Einstein em Hannover. “Também estamos a utilizar o nosso projecto de computação distribuída de ciência cidadã, Einstein@Home, para procurar sistemas binários com pulsares de raios gama noutras fontes do LAT do Fermi e estamos confiantes que vamos fazer mais descobertas empolgantes no futuro.”

Astronomia On-line
24 de Setembro de 2019

 

2657: Astrónomos detectaram a estrela de neutrões mais densa de sempre

CIÊNCIA

Apesar de ter apenas 30 quilómetros de diâmetro, tem uma massa duas vezes maior que a do sol, muito perto do limite que, em teoria, provoca o colapso da estrela, transformando-a num buraco negro.

Estrelas de neutrões são as mais densas que se conhecem. Um cubo de açúcar feito do material destas estrelas pesaria 100 milhões de toneladas na Terra
© Foto ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Uma equipa de astrónomos norte-americanos detectou a estrela de neutrões mais densa identificada até hoje no Universo. Com cerca de 30 quilómetros, a estrela J0740 + 6620 está a 4600 anos-luz de distância e tem 2,17 vezes a massa do sol e 333 mil vezes a massa da Terra. A descoberta foi divulgada esta segunda-feira no jornal Nature Astronomy.

As estrelas de neutrões formam-se após a explosão de grandes estrelas – são, na verdade, uma fase final da vida da estrela. Nas estrelas de neutrões já não existem as reacções nucleares que fornecem energia a estes corpos celestes. Sem esta condicionante, a força da gravidade comprime a matéria dentro de um raio muito pequeno, de apenas algumas dezenas de quilómetros, pelo que as estrelas de neutrões são as mais pequenas e densas que se conhecem.

Um exemplo, dado pelo próprio Observatório que fez a descoberta, através do telescópio Green Bank, na Virgínia: um cubo de açúcar feito do material de uma estrela de neutrões pesaria, na Terra, 100 milhões de toneladas.

Astronomers using the Green Bank Telescope have discovered the most massive neutron star to date.

Learn more https://bit.ly/2kfU7D7 #neutronstar #star #astronomy #radioastronomy #GBT #GreenBankTelescope #NRAO #NSF

Image credit: BSaxton, NRAO/AUI/NSF

A estrela de neutrões que agora foi detectada quase desafia os limites da Física, dado que tem uma densidade já muito próxima do limite em que deverá colapsar e transformar-se num buraco negro, o que é suposto acontecer, em termos teóricos, se tiver uma massa maior do que 2,2 massas solares. A J0740+6620 não está longe: tem 2.17 vezes a massa do Sol.

A estrela agora detectada é um pulsar, um tipo específico de estrela de neutrões que emite ondas de rádio a partir dos pólos magnéticos. “Esses feixes varrem o espaço de maneira semelhante a um farol”, explica o Observatório – “Alguns giram centenas de vezes a cada segundo. Como os pulsares giram com velocidade e regularidade, os astrónomos podem usá-los como o equivalente cósmico dos relógios atómicos”.

A acrescer a isto, o trabalho da equipa de investigadores beneficiou da proximidade de uma estrela anã relativamente à estrela de neutrões. Os dois objectos celestes orbitam entre si e a gravidade que exercem é tal que deforma o espaço, distorcendo assim a radiação emitida pela estrela de neutrões, que por força deste efeito demora mais tempo a “viajar” no espaço – um fenómeno conhecido como atraso de Shapiro ou atraso de tempo gravitacional -, o que permitiu aos investigadores calcular a massa do J0740+6620.

Diário de Notícias
DN
17 Setembro 2019 — 14:18