Medições de precisão oferecem pistas sobre a origem cósmica do magnetar

Dez telescópios da National Science Foundation dos EUA se unem por três anos para revelar uma descoberta tentadora 

Magnetar Swift J1818.0-1617 Crédito: Crédito da imagem: NSF, AUI, NSF NRAO, S. Dagnello.

Uma equipe internacional de astrônomos usou uma poderosa série de radiotelescópios para descobrir novos insights sobre um magnetar que tem apenas algumas centenas de anos. Ao capturar medições precisas da posição e velocidade do magnetar, novas pistas surgem sobre seu caminho de desenvolvimento.

Quando uma estrela de massa relativamente alta entra em colapso no final de sua vida e explode como uma supernova, ela pode deixar para trás uma estrela superdensa chamada estrela de nêutrons. Forças extremas durante sua formação geralmente fazem com que estrelas de nêutrons girem muito rapidamente, emitindo raios de luz como um farol. Quando esse feixe é alinhado de forma que seja visível da Terra, a estrela também é chamada de pulsar.

E, quando uma estrela de nêutrons se forma com um giro rápido semelhante ao de um pulsar e um campo magnético milhares de vezes mais forte do que uma estrela de nêutrons típica, ela recebe a designação magnetar . Essas estrelas acumulam aproximadamente o dobro da massa do nosso Sol em um tamanho físico na escala de dezenas de quilômetros — o tamanho de uma cidade.

Embora existam muitas semelhanças entre estrelas de nêutrons, pulsares e magnetares, os astrônomos ainda ficam intrigados com as condições que fazem com que essas estrelas extremas evoluam em caminhos tão distintos.

Agora, uma equipe de astrônomos liderada por Hao Ding do Observatório Mizusawa VLBI, Observatório Astronômico Nacional do Japão, usou o Very Long Baseline Array (VLBA) do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) da Fundação Nacional de Ciências dos EUA (NSF) para determinar as principais características de um magnetar recém-descoberto com níveis de precisão sem precedentes.

Atualmente, há 30 magnetares confirmados, mas apenas 8 deles são semelhantes o suficiente para serem relevantes para este estudo. Ding e sua equipe usaram o NSF VLBA por um período de 3 anos para coletar dados sobre a posição e a velocidade do magnetar Swift J1818.0-1617, que foi descoberto no início de 2020. Acredita-se que  o Swift J1818.0-1617 seja o mais jovem descoberto até agora, e é o magnetar de rotação mais rápida, girando com um período de rotação de 1,36 segundos.

Swift J1818.0-1617 está localizado na constelação de Sagitário. Situado do outro lado do bojo galáctico central — dentro da Via Láctea — e a apenas 22.000 anos-luz de distância, sua posição é relativamente próxima da Terra. Perto o suficiente, de fato, para utilizar o método de paralaxe para determinar com precisão sua localização tridimensional dentro da galáxia. (O método de paralaxe calcula a distância usando a mudança aparente na posição de um objeto em relação a objetos de fundo conhecidos e distantes.) 

A vida útil de um magnetar é desconhecida neste momento, mas os astrônomos estimam que Swift J1818.0-1617 tenha apenas algumas centenas de anos. As emissões brilhantes de raios X de um magnetar necessitam de um mecanismo de fluxo de energia extremamente alto; apenas a rápida decadência de seu intenso campo magnético pode explicar o poder por trás dessas assinaturas espectrais. Mas isso também é um processo extremo.

Para estrelas comuns na sequência principal, estrelas azuis brilhantes vivem vidas muito curtas porque queimam seu combustível muito mais rápido do que suas irmãs amarelas. A física é diferente para magnetares, mas eles também provavelmente têm vidas mais curtas do que seus parentes pulsares. "Magnetares são muito jovens, porque não podem continuar emitindo energia nessa taxa por muito tempo", explica Ding.

Além disso, magnetares também podem exibir emissões na extremidade inferior do espectro eletromagnético — em comprimentos de onda de rádio. Para estes, a radiação síncrotron da rotação rápida do magnetar é provavelmente a fonte de energia. Na radiação síncrotron, o plasma ao redor da própria estrela de nêutrons é tão firmemente enrolado contra a superfície da estrela que ele gira a uma velocidade muito próxima da velocidade da luz, gerando emissões em comprimentos de onda de rádio. Essas emissões de rádio foram então detectadas pelo NSF VLBA ao longo de três anos de observações.

“O VLBA nos forneceu uma resolução angular soberba para medir essa minúscula paralaxe”, diz Ding. “A resolução espacial é incomparável.”

Os resultados, publicados em agosto de 2024, detalham a paralaxe de Swift J1818.0-1617 como uma das menores para estrelas de nêutrons, e sua chamada velocidade transversal como a menor — um novo limite inferior — entre magnetares.

A velocidade em astronomia é mais facilmente descrita como tendo dois componentes, ou direções. Sua velocidade radial descreve o quão rápido ele está se movendo ao longo da linha de visão, o que neste caso significa ao longo do raio da galáxia. Para um magnetar como Swift J1818.0-1617, localizado no outro lado da protuberância central, há muito outro material no caminho para determinar precisamente a velocidade radial. A velocidade transversal, às vezes chamada de velocidade peculiar, descreve o movimento perpendicular ao plano da galáxia e é mais facilmente discernível.

À medida que os astrônomos tentam entender os processos de formação que são comuns — e aqueles que são diferentes — entre estrelas de nêutrons "regulares", pulsares e magnetares, eles esperam usar medições precisas da velocidade transversal para ajudar a analisar as condições que fazem com que uma estrela evolua por um desses três caminhos.

Ding diz que este estudo dá mais peso à teoria de que é improvável que magnetares se formem nas mesmas condições que pulsares jovens, sugerindo assim que magnetares surgem por meio de processos de formação mais exóticos.

“Precisamos saber o quão rápido o magnetar estava se movendo quando ele acabou de nascer”, diz Ding. O mecanismo de formação dos magnetares ainda é um mistério que gostaríamos de entender.”

Fonte: public.nrao.edu