p Os magnetares são estrelas de nêutrons dotadas dos campos magnéticos mais fortes observados no universo, mas sua origem permanece controversa. Em um estudo publicado em Avanços da Ciência , uma equipe de cientistas do CEA, Saclay, o Instituto Max Planck de Astrofísica (MPA), e o Institut de Physique du Globe de Paris desenvolveu um modelo de computador novo e sem precedentes detalhado que pode explicar a gênese desses campos gigantes por meio da amplificação de campos fracos pré-existentes quando estrelas de nêutrons em rotação rápida nascem em estrelas massivas em colapso. A obra abre novos caminhos para entender as explosões mais poderosas e luminosas dessas estrelas. p Magnetares:o que são?

p Estrelas de nêutrons são objetos compactos que contêm de uma a duas massas solares em um raio de cerca de 12 quilômetros. Entre eles, magnetares são caracterizados pela emissão eruptiva de raios X e raios gama. A energia associada a essas explosões de radiação intensa provavelmente está relacionada a campos magnéticos ultra-fortes. Os magnetares devem, portanto, girar para baixo mais rápido do que outras estrelas de nêutrons devido ao aumento da frenagem magnética, e as medições da evolução do seu período de rotação confirmaram este cenário. Assim, inferimos que os magnetares têm um campo magnético dipolo da ordem de 10 ¹⁵ Gauss (G), ou seja, até 1000 vezes mais forte do que estrelas de nêutrons típicas! Embora a existência desses tremendos campos magnéticos esteja agora bem estabelecida, sua origem permanece controversa.

p Como eles se formam?

p As estrelas de nêutrons geralmente se formam após o colapso do núcleo de ferro de uma estrela massiva de mais de nove massas solares, enquanto as camadas externas da estrela são expelidas para o espaço interestelar em uma explosão gigantesca chamada supernova de colapso do núcleo. Algumas teorias, portanto, assumem que estrelas de nêutrons e campos magnéticos magnetar podem ser herdados de suas estrelas progenitoras, o que significa que os campos podem ser inteiramente determinados pela magnetização do núcleo de ferro antes do colapso. O problema com esta hipótese é, Contudo, que campos magnéticos muito fortes nas estrelas poderiam desacelerar a rotação do núcleo estelar de modo que as estrelas de nêutrons dessas estrelas magnetizadas girariam apenas lentamente.

p "Isso não nos permitiria explicar as enormes energias das explosões de hipernova e rajadas de raios gama de longa duração, onde estrelas de nêutrons em rotação rápida ou buracos negros em rotação rápida são considerados as fontes centrais das enormes energias, "comenta o membro da equipe H.-Thomas Janka da MPA. Portanto, um mecanismo alternativo parece mais favorável, em que os campos magnéticos extremos poderiam ser gerados durante a formação da própria estrela de nêutrons.

p Nos primeiros segundos após o colapso do núcleo estelar, a estrela de nêutrons recém-nascida esfria emitindo neutrinos. Este resfriamento desencadeia fortes fluxos de massa convectiva interna, semelhante ao borbulhar de água fervente em uma panela no fogão. Esses movimentos violentos da matéria estelar podem levar ao aumento de qualquer campo magnético fraco pré-existente. Conhecido como efeito dínamo, este mecanismo de amplificação de campo está em funcionamento, por exemplo, no núcleo de ferro líquido da Terra ou no envelope convectivo do Sol.

p Para testar essa possibilidade para estrelas de nêutrons, a equipe de pesquisadores usou um supercomputador do Centro Nacional de Computação para Educação Superior da França para simular a convecção em um recém-nascido, estrela de nêutrons muito quente e girando rapidamente. De fato, eles descobriram por esta nova abordagem de modelagem, que foi mais detalhado do que qualquer outro tratamento usado antes, que os fracos campos magnéticos iniciais podem ser amplificados até valores que atingem 10 ¹⁶ G para períodos de rotação suficientemente rápidos (ver Fig. 1).

p "Nossos modelos demonstram que os períodos de rotação menores que cerca de 8 milissegundos permitem um processo de dínamo mais eficiente do que uma rotação mais lenta, "diz Raphaël Raynaud do CEA, Saclay, o principal autor da publicação. "Modelos de rotação mais lenta não exibem os enormes campos criados por este forte dínamo."

p As maiores bombas cósmicas?

p Além de lançar luz sobre a formação magnetar galáctica, esses resultados abrem novos caminhos para entender as explosões mais poderosas e luminosas de estrelas massivas. Por exemplo, as supernovas superluminosas emitem cem vezes mais luz do que as supernovas usuais, enquanto outros, chamada hipernovas, são caracterizados por uma energia cinética maior por um fator de dez e às vezes associada a uma explosão de raios gama que dura várias dezenas de segundos. Essas explosões notáveis ​​nos obrigam a imaginar processos não padronizados que devem extrair enormes quantidades de energia de um "motor central".

p O cenário "magnetar milissegundo" é atualmente um dos modelos mais promissores para o motor central de tais eventos extremos. It considers the rotational energy of a fast rotating neutron star as the additional energy reservoir that increases the power of the explosion. By exerting a braking torque, a strong dipole magnetic field of 10 ¹⁵ G can transfer the neutron star's rotational energy to the explosion. "For this mechanism to be efficient, the field strength must be of the order of 10 ¹⁵ G, " explains coauthor Jérôme Guilet of CEA, Saclay. "This closely matches the values reached by convective dynamos for millisecond rotation periods" (see Fig. 2).

p Até agora, the main weakness of the millisecond magnetar scenario was to assume an ad hoc magnetic field, independent of the fast rotation rate of the neutron star. The results obtained by the research team thus provide theoretical support that was missing to this central engine scenario powering the strongest explosions observed in the universe.