Astrônomos relatam descoberta de um objeto distante que desafia qualquer explicação. Mistério Resumo.

 

Astrônomos relatam descoberta de um objeto distante que desafia qualquer explicação.
Crédito da imagem: MPIfR; Danielle Futselaar (artsource.nl), CC BY

A equipa internacional de astrônomos descreve a sua descoberta intrigante e explora o que poderá ser.

Às vezes, os astrônomos encontram objetos no céu que não conseguem explicar facilmente. Na nossa nova investigação, publicada na Science, relatamos tal descoberta, que provavelmente suscitará discussão e especulação.


As estrelas de nêutrons são alguns dos objetos mais densos do universo. Tão compactos como um núcleo atômico, mas tão grandes como uma cidade, eles ultrapassam os limites da nossa compreensão da matéria extrema. Quanto mais pesada for uma estrela de nêutrons, maior será a probabilidade de ela eventualmente entrar em colapso e se tornar algo ainda mais denso: um buraco negro.


Estes objetos astrofísicos são tão densos e a sua atração gravitacional tão forte que os seus núcleos - sejam eles quais forem - estão permanentemente protegidos do universo por horizontes de eventos: superfícies de escuridão perfeita das quais a luz não pode escapar.


Se quisermos compreender a física no ponto de inflexão entre as estrelas de nêutrons e os buracos negros, devemos encontrar objetos nesta fronteira. Em particular, devemos encontrar objetos dos quais possamos fazer medições precisas durante longos períodos de tempo. E foi precisamente isso que descobrimos – um objeto que não é obviamente uma estrela de nêutrons nem um buraco negro.


Foi ao observarmos profundamente o enxame estelar NGC 1851 que avistamos o que parece ser um par de estrelas que oferece uma nova visão dos extremos da matéria no Universo. O sistema é composto por um pulsar de milissegundos, um tipo de estrela de nêutrons de rotação rápida que espalha feixes de luz de rádio pelo cosmos enquanto gira, e um objeto enorme e oculto de natureza desconhecida.


O objeto massivo é escuro, o que significa que é invisível em todas as frequências de luz - desde o rádio até as bandas ópticas, de raios X e raios gama. Noutras circunstâncias, isso tornaria impossível o estudo, mas é aqui que o pulsar de milissegundos vem em nosso auxílio.


Os pulsares de milissegundos são semelhantes aos relógios atômicos cósmicos. Seus giros são incrivelmente estáveis ​​e podem ser medidos com precisão detectando o pulso de rádio regular que eles criam. Embora intrinsecamente estável, o spin observado muda quando o pulsar está em movimento ou quando o seu sinal é afetado por um forte campo gravitacional. Ao observar estas mudanças podemos medir as propriedades dos corpos em órbitas com pulsares.


A nossa equipa internacional de astrônomos têm utilizado o radiotelescópio MeerKAT na África do Sul para realizar tais observações do sistema, conhecido como NGC 1851E.


Isto permitiu-nos detalhar com precisão as órbitas dos dois objetos, mostrando que o seu ponto de maior aproximação muda com o tempo. Tais mudanças são descritas pela teoria da relatividade de Einstein e a velocidade de uma mudança nos informa sobre a massa combinada dos corpos no sistema.


As nossas observações revelaram que o sistema NGC 1851E pesa quase quatro vezes mais que o nosso Sol, e que a companheira escura era, tal como o pulsar, um objeto compacto – muito mais denso que uma estrela normal. As estrelas de nêutrons mais massivas pesam cerca de duas massas solares, então se este fosse um sistema duplo de estrelas de nêutrons (sistemas que são bem conhecidos e estudados), então teria que conter duas das estrelas de nêutrons mais pesadas já encontradas.


Para descobrir a natureza da companheira, precisaríamos de compreender como a massa do sistema estava distribuída entre as estrelas. Utilizando novamente a relatividade geral de Einstein, poderíamos modelar o sistema em detalhe, descobrindo que a massa da companheira se situa entre 2,09 e 2,71 vezes a massa do Sol.


A massa da companheira cai dentro da "lacuna de massa do buraco negro" que fica entre as estrelas de nêutrons mais pesadas possíveis, com cerca de 2,2 massas solares, e os buracos negros mais leves que podem ser formados a partir do colapso estelar, com cerca de 5 massas solares. A natureza e a formação dos objetos nesta lacuna é uma questão pendente na astrofísica.


Possíveis candidatos


Então, o que exatamente descobrimos?


Uma possibilidade atraente é que tenhamos descoberto um pulsar em órbita em torno dos restos de uma fusão (colisão) de duas estrelas de nêutrons. Uma configuração tão incomum é possível graças ao denso aglomerado de estrelas em NGC 1851.


Nesta lotada pista de dança estelar, as estrelas girarão umas em torno das outras, trocando de parceiros numa valsa sem fim. Se duas estrelas de nêutrons forem lançadas muito próximas uma da outra, sua dança chegará a um fim cataclísmico.


O buraco negro criado por sua colisão, que pode ser muito mais leve do que aqueles criados a partir do colapso de estrelas, fica então livre para vagar pelo aglomerado até encontrar outro par de dançarinos na valsa e, de maneira bastante rude, inserir-se - expulsando o parceiro mais leve no processo. É este mecanismo de colisões e trocas que poderá dar origem ao sistema que observamos hoje.


Ainda não terminamos este sistema. Já estão em curso trabalhos para identificar de forma conclusiva a verdadeira natureza da companheira e revelar se descobrimos o buraco negro mais leve ou a estrela de nêutrons mais massiva - ou talvez nenhum dos dois.


Na fronteira entre estrelas de nêutrons e buracos negros existe sempre a possibilidade de existir algum objeto astrofísico novo, ainda desconhecido.


Muita especulação certamente seguirá esta descoberta, mas o que já está claro é que este sistema é imensamente promissor quando se trata de compreender o que realmente acontece com a matéria nos ambientes mais extremos do universo.



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