Os pulsares, conhecidos como os faróis do cosmos, são estrelas de nêutrons altamente magnetizadas que giram rapidamente e emitem feixes de radiação eletromagnética. Esses feixes, quando alinhados com a Terra, são detectados como pulsos regulares de ondas de rádio ou raios X, proporcionando uma precisão temporal que rivaliza com os melhores relógios atômicos construídos pelo homem. Entre esses objetos celestes, destaca-se o pulsar PSR J0437-4715, um dos mais próximos e brilhantes de sua categoria.
Localizado a aproximadamente 510 anos-luz da Terra, na constelação austral de Pictor, PSR J0437-4715 é um pulsar de milissegundo. Este tipo de pulsar é caracterizado por sua rotação extremamente rápida, completando uma rotação em apenas 5,75 milissegundos, o que equivale a 174 rotações por segundo. Além de sua impressionante taxa de rotação, PSR J0437-4715 possui uma massa 1,4 vezes maior que a do Sol, mas está confinado em um raio de apenas 11,4 quilômetros, tornando-o um dos objetos mais densos conhecidos no universo.
O pulsar PSR J0437-4715 também é notável por sua companhia estelar. Ele possui um companheiro anão branco, formando um sistema binário que oferece uma oportunidade única para estudos astrofísicos detalhados. A interação gravitacional entre o pulsar e seu companheiro anão branco permite medições precisas de suas propriedades físicas, como massa e raio, além de fornecer insights sobre a evolução estelar e a dinâmica de sistemas binários.
Estudar PSR J0437-4715 é de extrema importância para a astrofísica moderna. Devido à sua proximidade e brilho, este pulsar serve como um laboratório natural para testar teorias da física nuclear e da relatividade geral em condições extremas. As medições precisas de suas propriedades podem revelar detalhes sobre a composição interna das estrelas de nêutrons, que permanecem um mistério em grande parte devido às pressões e densidades extremas encontradas em seus núcleos.
Além disso, PSR J0437-4715 funciona como um relógio cósmico altamente estável, superando até mesmo a precisão dos relógios atômicos. Esta estabilidade permite que os astrônomos usem o pulsar para estudar a propagação de ondas gravitacionais, testar a teoria da relatividade geral de Einstein e explorar a física fundamental em um regime de gravidade forte. Em resumo, PSR J0437-4715 não é apenas um objeto de fascínio astronômico, mas também uma ferramenta crucial para expandir nosso entendimento do universo.
Para desvendar os mistérios do pulsar PSR J0437-4715, uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Amsterdã utilizou uma combinação de instrumentação avançada e técnicas computacionais sofisticadas. O telescópio de raios X NICER, a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS), desempenhou um papel crucial ao fornecer dados de alta precisão sobre a emissão de raios X do pulsar. Esses dados foram então analisados utilizando uma técnica conhecida como modelagem de perfil de pulsos, que permite a reconstrução detalhada das características físicas da estrela de nêutrons.
A modelagem de perfil de pulsos é uma abordagem estatística complexa que envolve a análise das variações na intensidade dos pulsos de raios X emitidos pelo pulsar. Ao combinar esses dados com medições de massa obtidas pelo Parkes Pulsar Timing Array, os cientistas puderam calcular o raio do pulsar com uma precisão sem precedentes. O supercomputador nacional holandês Snellius foi essencial para realizar os cálculos intensivos necessários para essa modelagem, permitindo que os pesquisadores explorassem uma vasta gama de parâmetros e cenários possíveis.
Os resultados dessas análises revelaram que o pulsar PSR J0437-4715 possui um raio de 11,4 quilômetros e uma massa 1,4 vezes maior que a do Sol. Além disso, os pesquisadores conseguiram mapear a distribuição de temperatura nos polos magnéticos do pulsar, descobrindo que os polos quentes não estão diretamente opostos na superfície estelar. Essa descoberta é significativa, pois desafia algumas das suposições anteriores sobre a estrutura interna e o comportamento dos campos magnéticos em estrelas de nêutrons.
Devarshi Choudhury, o investigador principal da Universidade de Amsterdã, expressou sua satisfação com essas medições precisas, destacando que a equipe não apenas conseguiu calcular o raio com exatidão, mas também demonstrou a assimetria na localização dos polos magnéticos quentes. Essa assimetria é visível nas animações geradas pelos pesquisadores, que mostram os efeitos da curvatura da luz causada pela extrema gravidade do pulsar. Em uma dessas animações, ambos os polos rotacionais da estrela são visíveis simultaneamente, um fenômeno que ilustra a intensidade da gravidade ao redor do pulsar.
Essas descobertas não apenas avançam nosso entendimento sobre a estrutura e composição das estrelas de nêutrons, mas também têm implicações mais amplas para a física de altas energias e a astrofísica. A precisão das medições e a sofisticação das técnicas utilizadas estabelecem um novo padrão para estudos futuros, abrindo caminho para uma exploração mais detalhada dos fenômenos extremos que ocorrem no universo. A combinação de observações de raios X e modelagem estatística complexa exemplifica como a tecnologia de ponta e a colaboração internacional podem se unir para desvendar os segredos do cosmos.
As novas medições do pulsar PSR J0437-4715 proporcionam uma visão mais detalhada sobre a natureza das estrelas de nêutrons e suas propriedades físicas extremas. Uma das descobertas mais significativas é a indicação de uma “equação de estado mais suave” do que se pensava anteriormente. Em termos astrofísicos, a equação de estado descreve a relação entre a densidade, pressão e temperatura dentro de uma estrela de nêutrons. Uma equação de estado mais suave implica que a matéria dentro da estrela é menos rígida, o que, por sua vez, sugere que a massa máxima que uma estrela de nêutrons pode atingir antes de colapsar em um buraco negro é menor do que algumas teorias previam.
Essa descoberta é corroborada por observações recentes de ondas gravitacionais, que também sugerem limites mais baixos para a massa máxima de estrelas de nêutrons. Ondas gravitacionais são ondulações no espaço-tempo causadas por eventos cósmicos violentos, como a fusão de estrelas de nêutrons. A detecção dessas ondas tem permitido aos cientistas testar e refinar suas teorias sobre a física extrema que governa esses objetos. A congruência entre as medições do pulsar PSR J0437-4715 e os dados de ondas gravitacionais fortalece a confiança nas novas estimativas da equação de estado.
Além disso, a pesquisa sobre PSR J0437-4715 revelou detalhes fascinantes sobre a distribuição de temperatura nos polos magnéticos da estrela. Ao contrário do que se esperava, os polos magnéticos não estão diretamente opostos na superfície estelar. Essa assimetria pode fornecer pistas sobre a dinâmica interna da estrela e os processos que governam a geração e manutenção de seus campos magnéticos. A capacidade de mapear essas temperaturas com precisão é um avanço significativo, possibilitado pelo uso de técnicas sofisticadas de modelagem de perfis de pulsos e pela potência computacional do supercomputador Snellius.
Essas descobertas não apenas ampliam nosso conhecimento sobre estrelas de nêutrons, mas também têm implicações mais amplas para a astrofísica e a cosmologia. Compreender a estrutura e o comportamento das estrelas de nêutrons é crucial para decifrar a física nuclear em condições extremas, que não podem ser replicadas em laboratórios terrestres. Além disso, essas estrelas servem como laboratórios naturais para testar teorias da gravidade e da matéria quântica.
O estudo de PSR J0437-4715 abre novas avenidas para futuras pesquisas. Cientistas podem agora buscar outros pulsars próximos e brilhantes para realizar medições semelhantes, refinando ainda mais a equação de estado das estrelas de nêutrons. Além disso, a combinação de dados de ondas gravitacionais e observações de pulsars promete continuar a revolucionar nossa compreensão do universo. Em última análise, cada nova descoberta nos aproxima mais da resposta a algumas das questões mais fundamentais sobre a natureza da matéria e a dinâmica do cosmos.
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