Estrelas de nêutrons em colisão criaram uma estrela de nêutrons que pensávamos ser muito pesada para existir

Um flash de luz emitido por estrelas de nêutrons em colisão mais uma vez abalou nossa compreensão de como o Universo funciona.

Impressão artística de uma explosão de raios gama de curta duração alimentada por uma estrela de nêutrons. (Nuria Jordana-Mitjans) 

A análise da curta explosão de raios gama cuspida quando as duas estrelas se fundiram revelou que, em vez de formar um buraco negro, como esperado, o produto imediato da fusão foi uma estrela de nêutrons altamente magnetizada muito mais pesada do que a massa máxima estimada da estrela de nêutrons.

Este magnetar parece ter persistido por mais de um dia antes de desmoronar em um buraco negro.

“Uma estrela de nêutrons tão massiva com uma longa expectativa de vida não é normalmente considerada possível”, disse a astrônoma Nuria Jordana-Mitjans, da Universidade de Bath, no Reino Unido, ao The Guardian. “É um mistério por que este foi tão longevo.”

As estrelas de nêutrons estão em um espectro de como uma estrela pode acabar no final de sua vida. Por milhões ou bilhões (ou potencialmente trilhões) de anos, uma estrela continuará, um motor fundindo átomos em seu núcleo quente e pressurizado.

Eventualmente, os átomos que uma estrela pode fundir se esgotam e, neste ponto, tudo explode. A estrela ejeta sua massa externa e, não mais suportada pela pressão externa fornecida pela fusão, o núcleo colapsa sob a pressão interna da gravidade.

Como categorizamos esses núcleos colapsados depende da massa do objeto. Os núcleos de estrelas que começaram com cerca de 8 vezes a massa do Sol desmoronam em anãs brancas, que têm um limite de massa superior de 1,4 massas solares, esmagadas em uma esfera do tamanho da Terra.

Os núcleos de estrelas entre 8 e 30 massas solares se transformam em estrelas de nêutrons, entre cerca de 1,1 e 2,3 massas solares, em uma esfera de apenas 20 quilômetros (12 milhas) de diâmetro). E as maiores estrelas, acima do limite de massa superior da estrela de nêutrons, colapsam em buracos negros, de acordo com a teoria.

Mas há uma escassez muito notável de buracos negros abaixo de 5 massas solares, então o que acontece nesse regime de massa é em grande parte um mistério.

É por isso que as fusões de estrelas de nêutrons são tão interessantes para os astrônomos. Eles surgem quando duas estrelas de nêutrons estão em um sistema binário e atingiram o ponto de decaimento orbital no qual elas inevitavelmente se juntam e se tornam um objeto combinando as duas estrelas de nêutrons.

A maioria das estrelas de nêutrons binárias tem uma massa combinada que excede o limite teórico de massa superior para estrelas de nêutrons. Portanto, é provável que os produtos dessas fusões fiquem solidamente dentro dessa lacuna de massa estrela de nêutrons-buraco negro.

Quando colidem, as estrelas de nêutrons binárias liberam uma explosão de radiação de alta energia conhecida como explosão de raios gama de curta duração. Os cientistas pensavam que estes só poderiam ser emitidos durante a formação de um buraco negro. 

Mas exatamente como as estrelas de nêutrons em fusão se transformam em um buraco negro tem sido um enigma. O buraco negro se forma instantaneamente ou as duas estrelas de nêutrons produzem uma estrela de nêutrons muito pesada que então colapsa em um buraco negro muito rapidamente, não mais do que algumas centenas de milissegundos após a fusão?

GRB 180618A foi uma explosão de raios gama de curta duração detectada em junho de 2018, luz que viajou 10,6 bilhões de anos para chegar até nós. Jordana-Mitjans e seus colegas queriam dar uma olhada mais de perto na luz emitida por esse objeto: a própria explosão, a explosão da kilonova e o pós-brilho de vida mais longa.

Mas, quando eles observaram a radiação eletromagnética produzida pelo evento ao longo do tempo, algo estava errado.

A emissão óptica do brilho residual desapareceu 35 minutos após a explosão de raios gama. Isso, a equipe descobriu, porque estava se expandindo perto da velocidade da luz, acelerado por uma fonte de energia contínua.

Isso era consistente não com um buraco negro, mas com uma estrela de nêutrons. E não qualquer estrela de nêutrons. Parecia ser o que chamamos de magnetar: um com um campo magnético 1.000 vezes mais poderoso que o de uma estrela de nêutrons comum e um quatrilhão de vezes mais poderoso que o da Terra. E ficou por mais de 100.000 segundos (quase 28 horas).

“Pela primeira vez”, diz Jordana-Mitjans, “nossas observações destacam vários sinais de uma estrela de nêutrons sobrevivente que viveu por pelo menos um dia após a morte da estrela de nêutrons binária original”.

O que poderia ter ajudado o magnetar a viver tanto tempo não está claro. É possível que o campo magnético tenha ajudado um pouco, fornecendo um puxão para fora que o impediu de entrar em colapso, pelo menos por um tempo.

Seja qual for o mecanismo – e isso definitivamente vai justificar uma investigação mais aprofundada – o trabalho da equipe mostra que estrelas de nêutrons supramassivas são capazes de lançar explosões de raios gama de curta duração e que não podemos mais presumir a presença de um buraco negro.

“Tais descobertas são importantes, pois confirmam que estrelas de nêutrons recém-nascidas podem alimentar algumas GRBs de curta duração e as emissões brilhantes em todo o espectro eletromagnético que foram detectadas acompanhando-as”, diz Jordana-Mitjans.

“Esta descoberta pode oferecer uma nova maneira de localizar fusões de estrelas de nêutrons e, portanto, emissores de ondas gravitacionais, quando procuramos sinais nos céus”.

Fonte: sciencealert.com