Usando um método pioneiro, pesquisadores do Grupo de Astronomia e Astrofísica da UPC e do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias (IAC) encontraram uma estrela de nêutrons com cerca de 2,3 massas solares - uma das mais massivas já detectadas. O estudo foi publicado no dia 23 de maio no Astrophysical Journal e abre um novo caminho de conhecimento em muitos campos da astrofísica e da física nuclear.

Estrelas de nêutrons (freqüentemente chamadas de pulsares) são remanescentes estelares que atingiram o fim de sua vida evolutiva:eles resultam da morte de uma estrela de 10 a 30 massas solares. Apesar de seu pequeno tamanho (cerca de 20 quilômetros de diâmetro), estrelas de nêutrons têm mais massa que o sol, então eles são extremamente densos.

Pesquisadores da Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) e do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias (IAC) usaram um método inovador para medir a massa de uma das estrelas de nêutrons mais pesadas conhecidas até hoje. Descoberto em 2011 e denominado PSR J2215 + 5135, com cerca de 2,3 massas solares, é um dos mais massivos dos mais de 2, 000 estrelas de nêutrons conhecidas até agora. Embora um estudo publicado em 2011 tenha relatado evidências de uma estrela de nêutrons com 2,4 massas solares, as estrelas de nêutrons mais massivas que já haviam alcançado um consenso entre os cientistas, relatado em 2010 e 2013, tem 2 massas solares.

O estudo foi liderado por Manuel Linares, Pesquisadora Marie-Curie do Grupo de Astronomia e Astrofísica (GAA), vinculado ao Departamento de Física da UPC, em colaboração com os astrônomos Tariq Shahbaz e Jorge Casares do IAC. Os pesquisadores usaram dados obtidos do Gran Telescopio Canarias (GTC), o maior telescópio óptico e infravermelho do mundo, o telescópio William Herschel (WHT), o Isaac Newton Telescope Group (ING) e o telescópio IAC-80, em combinação com modelos dinâmicos de estrelas binárias com irradiação. Um artigo relatando os resultados do estudo, intitulado "Perscrutando o lado escuro:linhas de magnésio estabelecem uma estrela de nêutrons massiva em PSR J2215 + 5135", foi publicado no Astrophysical Journal .

Um método de medição pioneiro

A equipe desenvolveu um método mais preciso do que os usados ​​até agora para medir a massa de estrelas de nêutrons em binários compactos. PSR J2215 + 5135 faz parte de um sistema binário, em que duas estrelas orbitam em torno de um centro de massa comum:uma estrela "normal" (como o sol) "acompanha" a estrela de nêutrons. A estrela secundária ou companheira é fortemente irradiada pela estrela de nêutrons.

Quanto maior a massa da estrela de nêutrons, quanto mais rápido a estrela companheira se move em sua órbita. O novo método usa linhas espectrais de hidrogênio e magnésio para medir a velocidade com que a estrela companheira se move. Isto permitiu à equipa liderada por Manuel Linares medir pela primeira vez a velocidade de ambos os lados da estrela companheira (o lado irradiado e o lado sombreado), e mostrar que uma estrela de nêutrons pode ter mais de duas vezes a massa do sol.

Este novo método também pode ser aplicado ao resto desta crescente população de estrelas de nêutrons:nos últimos 10 anos, o telescópio de raios gama Fermi-LAT NASA revelou dezenas de pulsares semelhantes ao PSR J2215 + 5135. Em princípio, o método também pode ser usado para medir a massa de buracos negros e anãs brancas (remanescentes de estrelas que morrem com mais de 30 ou menos de 10 massas solares, respectivamente) quando são encontrados em sistemas binários semelhantes nos quais a irradiação é importante.

Mais denso que um núcleo atômico

Ser capaz de determinar a massa máxima de uma estrela de nêutrons tem consequências muito importantes para muitos campos da astrofísica, bem como para a física nuclear. As interações entre nucleons (os nêutrons e prótons que constituem o núcleo de um átomo) em altas densidades são um dos grandes mistérios da física hoje. As estrelas de nêutrons são um laboratório natural para estudar os estados mais densos e exóticos da matéria que podem ser imaginados.

Os resultados do projeto também sugerem que, a fim de suportar o peso de 2,3 massas solares, a repulsão entre as partículas no núcleo da estrela de nêutrons deve ser suficientemente forte. Isso indicaria que é improvável encontrar quarks livres ou outras formas exóticas de matéria no centro da estrela de nêutrons.