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    Um radar cósmico acaba de revelar a velocidade impressionante dos jatos de estrelas de nêutrons em uma inovação mundial

    Raios-X simultâneos e curvas de luz de rádio multibanda de 4U1728. Crédito:Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07133-5


    Quão rápido uma estrela de nêutrons pode lançar jatos poderosos para o espaço? Acontece que a resposta é cerca de um terço da velocidade da luz, como a nossa equipa acaba de revelar num novo estudo publicado na Nature .



    Feixes cósmicos energéticos conhecidos como jatos são vistos em todo o nosso universo. Eles são lançados quando material – principalmente poeira e gás – cai em direção a qualquer objeto central denso, como uma estrela de nêutrons (um remanescente extremamente denso de uma estrela que já foi massiva) ou um buraco negro.

    Os jatos transportam parte da energia gravitacional liberada pelo gás que cai, reciclando-a de volta ao ambiente em escalas muito maiores.

    Os jatos mais poderosos do universo vêm dos maiores buracos negros nos centros das galáxias. A produção de energia desses jatos pode afetar a evolução de uma galáxia inteira, ou mesmo de um aglomerado de galáxias. Isto torna os jatos um componente crítico, mas intrigante, do nosso universo.

    Embora os jatos sejam comuns, ainda não entendemos completamente como são lançados. Medir os jatos de uma estrela de nêutrons nos deu informações valiosas.

    Jatos de cadáveres estelares


    Os jatos dos buracos negros tendem a ser brilhantes e foram bem estudados. No entanto, os jatos das estrelas de nêutrons são normalmente muito mais fracos e sabe-se muito menos sobre eles.

    Isto representa um problema, pois podemos aprender muito comparando os jatos lançados por diferentes objetos celestes. As estrelas de nêutrons são cadáveres estelares extremamente densos – cinzas cósmicas do tamanho de uma cidade, mas contendo a massa de uma estrela. Podemos considerá-los como enormes núcleos atômicos, cada um com cerca de 20 quilômetros de diâmetro.

    Em contraste com os buracos negros, as estrelas de nêutrons têm uma superfície sólida e um campo magnético, e o gás que cai sobre elas libera menos energia gravitacional. Todas estas propriedades terão um efeito na forma como os seus jactos são lançados, tornando os estudos de jactos de estrelas de neutrões particularmente valiosos.

    Uma pista importante sobre como os jatos são lançados vem de suas velocidades. Se pudermos determinar como as velocidades dos jatos variam com a massa ou rotação da estrela de nêutrons, isso proporcionará um teste poderoso de previsões teóricas. Mas é extremamente desafiador medir a velocidade dos jatos com precisão suficiente para tal teste.

    Um radar de velocidade cósmico


    Quando medimos velocidades na Terra, cronometramos um objeto entre dois pontos. Pode ser um velocista de 100 metros correndo na pista ou um radar de velocidade ponto a ponto rastreando um carro.

    Nossa equipe, liderada por Thomas Russell, do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica em Palermo, conduziu um novo experimento para fazer isso com jatos de estrelas de nêutrons.

    O que tornou esta medição tão difícil no passado é que os jatos são fluxos constantes. Isso significa que não existe um ponto de partida único para nosso cronômetro. Mas fomos capazes de identificar um sinal de curta duração nos comprimentos de onda dos raios X que poderíamos usar como nossa “arma de partida”.

    Sendo tão densas, as estrelas de nêutrons podem “roubar” matéria de uma estrela companheira próxima em órbita. Embora parte desse gás seja lançado como jatos, a maior parte acaba caindo na estrela de nêutrons. À medida que o material se acumula, fica mais quente e mais denso.

    Quando material suficiente se acumula, desencadeia uma explosão termonuclear. Uma reação descontrolada de fusão nuclear ocorre e se espalha rapidamente para engolir toda a estrela. A fusão dura de alguns segundos a minutos, causando uma explosão de raios X de curta duração.

    Um passo mais perto de resolver um mistério


    Pensávamos que esta explosão termonuclear iria perturbar os jactos da estrela de neutrões. Então, usamos o Australia Telescope Compact Array da CSIRO para observar os jatos durante três dias em comprimentos de onda de rádio para tentar detectar a perturbação. Ao mesmo tempo, utilizámos o telescópio Integral da Agência Espacial Europeia para observar os raios X do sistema.

    Para nossa surpresa, descobrimos que os jatos ficavam mais brilhantes após cada pulso de raios X. Em vez de perturbar os jatos, as explosões termonucleares pareciam fortalecê-los. E esse padrão foi repetido dez vezes em um sistema estelar de nêutrons e novamente em um segundo sistema.
    Explosões nucleares em uma estrela de nêutrons alimentam seus jatos. Crédito:Danielle Futselaar e Nathalie Degenaar, Instituto Anton Pannekoek, Universidade de Amsterdã, CC BY-SA

    Podemos explicar este resultado surpreendente se o pulso de raios X fizer com que o gás que gira em torno da estrela de nêutrons caia para dentro mais rapidamente. Isto, por sua vez, fornece mais energia e material para desviar para os jatos.

    O mais importante, porém, é que podemos usar a explosão de raios X para indicar o momento do lançamento dos jatos. Cronometramos quanto tempo eles levaram para se mover para fora, até onde se tornaram visíveis em dois comprimentos de onda de rádio diferentes. Esses pontos de partida e chegada nos forneceram nosso radar cósmico.

    Curiosamente, a velocidade do jato que medimos estava próxima da “velocidade de escape” de uma estrela de nêutrons. Na Terra, esta velocidade de escape é de 11,2 quilómetros por segundo – o que os foguetões precisam de alcançar para se libertarem da gravidade da Terra. Para uma estrela de nêutrons, esse valor é cerca de metade da velocidade da luz.

    Nosso trabalho introduziu uma nova técnica para medir a velocidade dos jatos de estrelas de nêutrons. Nossos próximos passos serão ver como a velocidade do jato muda para estrelas de nêutrons com diferentes massas e taxas de rotação. Isso nos permitirá testar diretamente modelos teóricos, deixando-nos um passo mais perto de descobrir como esses poderosos jatos cósmicos são lançados.

    Mais informações: Thomas D. Russell et al, Explosões termonucleares em estrelas de nêutrons revelam a velocidade de seus jatos, Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07133-5
    Informações do diário: Natureza

    Fornecido por The Conversation


    Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.




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