Imagine conhecer apenas 15 pessoas no mundo, e conforme você descobre mais pessoas, seu conhecimento se expande. Os cientistas que estudam nossa galáxia enfrentam algo semelhante ao fazerem descobertas que aumentam nossa compreensão do universo.

Maura McLaughlin e Duncan Lorimer, professores de física e astronomia na West Virginia University, descobriram um novo par de pulsares e seguiram as características de outra nova dupla. Sua pesquisa trará insights sobre a compreensão de quantos desses sistemas existem e a taxa em que eles se fundem em nossa galáxia.

Spin doctor

Pulsares são estrelas de nêutrons em rotação rápida, os restos de estrelas massivas que explodiram como supernovas.

Quando dois pulsares orbitam um ao outro, suas trajetórias podem ser altamente elípticas, muito parecido com a órbita de Mercúrio em torno do sol, mas a atração gravitacional entre os dois objetos massivos os puxa gradualmente para mais perto até que se fundam. A colisão é tão imensa que envia ondas através do espaço e do tempo.

"Esses pulsares estão se movendo muito rapidamente em torno um do outro, - disse Lorimer. - Tão rapidamente, na verdade, que estão começando a testar nossa compreensão da gravidade. "

Censo cósmico

Há 2, 500 pulsares de todos os tipos na Via Láctea, mas entre eles, sistemas binários raramente são encontrados. Os cientistas descobriram apenas 15, mas eles acreditam que pode haver até 100, 000

McLaughlin e colaboradores de universidades nos EUA e no exterior descobriram um novo sistema binário em uma pesquisa de longo prazo usando o Observatório de Arecibo em Porto Rico.

"A descoberta de estrelas de nêutrons duplos orbitando uma à outra é importante, "McLaughlin disse." Mas nossa descoberta também é extrema no sentido de que tem um período orbital curto, tornando-o potencialmente excitante para testes de gravidade. "

A órbita binária dessa descoberta é de 1,88 horas. Esta é a órbita mais curta de qualquer sistema binário de estrela de nêutrons duplos.

Ao observar sistemas binários, os cientistas ganham compreensão dos extremos - como densidades e forças magnéticas - que não ocorrem na Terra. Esta nova descoberta empresta uma nova compreensão da Teoria da Relatividade de Einstein e a compreensão da gravidade em geral.

Fusão massiva

Em alguns casos, estrelas de nêutrons em sistemas binários estão tão distantes umas das outras que não se fundem e não mudam significativamente na separação ao longo do tempo. Mas em seis dos sistemas, os pulsares estão se movendo tão rapidamente e sua atração gravitacional é tão forte que eventualmente eles se fundirão.

"Eles estão se aproximando muito gradualmente, alguns milímetros por dia entre cada um deles. "Lorimer disse." O que isso significa é que daqui a 100 milhões de anos - o que não é muito da perspectiva de um astrônomo - eles irão colidir. "

Então, qual é o resultado da fusão de duas estrelas de nêutrons?

A fusão desses dois maciços, objetos densos são tão espetaculares quanto violentos. À medida que sua órbita se torna mais estreita, eles acabam se separando, perder energia que é emitida na forma de ondas gravitacionais.

Último outono, o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, conhecido como LIGO, detectou diretamente ondas gravitacionais de uma colisão de duas estrelas de nêutrons localizadas além da Via Láctea.

Sean McWilliams, professor assistente de física e astronomia, e Zachariah Etienne, professor assistente de matemática, e vários alunos de pós-graduação da WVU fazem parte da equipe de pesquisa do LIGO.

Ao observar a colisão das estrelas de nêutrons, os cientistas podem entender como a matéria extrema, a extrema gravidade e a energia eletromagnética interagem uma com a outra.

"Os sistemas binários que os cientistas estão descobrindo na Via Láctea são protótipos dessas fusões violentas que instrumentos como o LIGO estão detectando além de nossa galáxia, - disse Lorimer. - Podemos aprender muito com isso.

Um tipo diferente de telescópio

Pulsares são extremamente densos, e conforme eles giram, eles emitem feixes de ondas de rádio que varrem o espaço, muito parecido com os sinais de um farol.

Os cientistas usam radiotelescópios, que são instrumentos científicos extremamente sensíveis para detectar aquela radiação eletromagnética das profundezas do espaço.

Nos dados iniciais, há pouca diferença entre pulsares regulares e sistemas binários. Mas há dicas nas medidas do período de rotação.

"Em um sistema binário, você normalmente não vê os dois pulsares, porque geralmente apenas um está apontado para o telescópio, "Lorimer disse." Mas você vê um período de rotação que é tipicamente muito menor do que um pulsar médio e está variando rapidamente devido aos desvios Doppler e as estrelas de nêutrons orbitam uma à outra.

Na pesquisa Arecibo, o telescópio usou sete câmeras para observar sistematicamente diferentes partes do céu em determinados momentos, permitindo que o instrumento cubra mais céu do que o normal. Ao longo de quase 15 anos, a pesquisa detectou 170 pulsares.

McLaughlin, Lorimer, e Nihan Pol, estudante de graduação da WVU, fez o acompanhamento de outro novo sistema binário feito por pesquisadores do Instituto Max Planck de Radioastronomia na Alemanha, que usou dados de pesquisa do Telescópio Parkes na Austrália.

Os cientistas realizam pesquisas de acompanhamento com cada pulsar, mas quando os pesquisadores do Instituto Max Planck rapidamente perceberam que haviam descoberto um novo sistema binário, eles queriam realizar medições mais aprofundadas.

McLaughlin e Lorimer usaram dados do Green Bank Telescope para determinar os parâmetros aproximados do sistema, como sua velocidade de órbita, tempos de chegada e decadência.

"Temos que fazer observações sistemáticas de acompanhamento e tentar entender o máximo que pudermos medir sobre esses objetos. Eventualmente, veremos mudanças ou sinais que nos ajudam a mapear a órbita, - disse Lorimer. - É um processo de longo prazo. Demora cerca de um ano para desvendar os efeitos da órbita da Terra. "

Olhando para a frente (e para cima)

Ambos os sistemas estão agora nos dando novos insights sobre a taxa na qual estrelas de nêutrons duplas se fundem.

O sistema descoberto com o Observatório de Arecibo está em uma órbita muito circular, enquanto o sistema descoberto com o Telescópio de Parkes está em uma órbita muito excêntrica, órbita ovalada. Conhecendo suas propriedades, e as propriedades de outros sistemas, está fornecendo melhores restrições à compreensão dos cientistas sobre a taxa de fusão na Via Láctea.

McLaughlin, Nihan Pol, e Lorimer está usando essa informação para fazer previsões sobre a taxa esperada de detecção de ondas gravitacionais de fusões de estrelas de nêutrons duplas no Universo Local com o LIGO.

Suas estimativas mostram que o LIGO deve descobrir muito mais fusões de estrelas de nêutrons duplos nos próximos anos. "Isso nos dará uma imagem complementar desses eventos energéticos tanto em ondas eletromagnéticas quanto gravitacionais e também nos dará ainda mais insights sobre como a gravidade extrema funciona", Disse McLaughlin.