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27 de fevereiro de 2024

Astrônomos Detectam Pulsares Aranha Destruindo Estrelas

Um grupo de estrelas mortas conhecidas como “pulsares aranha” está destruindo estrelas companheiras ao seu alcance. Dados do Observatório de Raios-X Chandra, da NASA, do aglomerado globular Ômega Centauri estão ajudando astrônomos a entender como esses pulsares aranha predam suas companheiras estelares.

Um pulsar é o núcleo denso giratório que resta após uma estrela maciça colapsar em si mesma para formar uma estrela de nêutrons. Estrelas de nêutrons que giram rapidamente podem produzir feixes de radiação. Como o feixe giratório de um farol, a radiação pode ser observada como uma fonte poderosa e pulsante de radiação, ou pulsar. Alguns pulsares giram dezenas a centenas de vezes por segundo, sendo conhecidos como pulsares de milissegundos.

Os pulsares aranha são uma classe especial de pulsares de milissegundos, recebendo esse nome pelo dano que infligem a pequenas estrelas companheiras em órbita ao seu redor. Por meio de ventos de partículas energéticas emitidas pelos pulsares aranha, as camadas externas das estrelas companheiras são sistematicamente despojadas.

Para alcançar uma compreensão mais profunda dos pulsares aranha, é essencial explorar os mecanismos físicos subjacentes que governam suas interações com estrelas companheiras. A dinâmica de tais sistemas estelares é complexa e envolve uma série de processos astrofísicos.

Primeiramente, o processo de aceleração de partículas em pulsares de milissegundos é um fenômeno fascinante. Essas estrelas de nêutrons altamente magnetizadas aceleram partículas a velocidades próximas à da luz. Quando essas partículas de alta energia atingem a atmosfera da estrela companheira, elas podem gerar radiação em várias faixas do espectro eletromagnético, incluindo raios-X.

Além disso, a transferência de massa é um aspecto central das interações entre pulsares aranha e suas companheiras. À medida que a estrela companheira perde massa, ela é atraída para o pulsar, o que pode acelerar ainda mais a rotação deste último. Esse fenômeno pode explicar por que pulsares de milissegundos conseguem girar tão rapidamente.

O impacto dessas interações estelares no ciclo de vida tanto dos pulsares quanto das estrelas companheiras também é um tópico de pesquisa significativo. Por exemplo, a perda contínua de massa pode levar a estrela companheira a um estado em que ela não pode mais sustentar a fusão nuclear, alterando sua evolução.

Além disso, a emissão de raios-X observada pelo Chandra fornece informações vitais sobre as condições extremas nas proximidades desses sistemas estelares. O estudo de raios-X de pulsares aranha não apenas ajuda a entender a física desses objetos, mas também contribui para uma compreensão mais ampla dos processos de alta energia no universo.

Recentemente, astrônomos descobriram 18 pulsares de milissegundos em Ômega Centauri — localizado a cerca de 17.700 anos-luz da Terra — usando os telescópios de rádio Parkes e MeerKAT. Uma dupla de astrônomos da Universidade de Alberta, no Canadá, analisou dados do Chandra de Ômega Centauri para verificar se algum dos pulsares de milissegundos emite raios-X.

Eles encontraram 11 pulsares de milissegundos emitindo raios-X, e cinco desses eram pulsares aranha concentrados perto do centro de Ômega Centauri. Os pesquisadores combinaram os dados de Ômega Centauri com observações do Chandra de 26 pulsares aranha em 12 outros aglomerados globulares.

Existem duas variedades de pulsares aranha, baseadas no tamanho da estrela que está sendo destruída. Os pulsares aranha “viúva-negra” estão danificando estrelas companheiras com menos de 5% da massa do Sol. Enquanto isso, os pulsares aranha “costas-vermelhas” estão prejudicando estrelas companheiras com massa entre um décimo e metade da massa do Sol.

A equipe encontrou uma diferença clara entre as duas classes de pulsares aranha, com os costas-vermelhas sendo mais brilhantes em raios-X do que as viúvas-negras, confirmando trabalhos anteriores. A equipe é a primeira a mostrar uma correlação geral entre o brilho em raios-X e a massa da companheira para pulsares aranha, com pulsares que produzem mais raios-X sendo emparelhados com companheiras mais massivas. Isso fornece evidências claras de que a massa da companheira dos pulsares aranha influencia a dose de raios-X que a estrela recebe.

Os raios-X detectados pelo Chandra são principalmente gerados quando os ventos de partículas que emanam dos pulsares colidem com ventos de matéria soprando das estrelas companheiras e produzem ondas de choque, semelhantes às produzidas por aeronaves supersônicas.

Pulsares aranha são tipicamente separados de suas companheiras por apenas cerca de uma a 14 vezes a distância entre a Terra e a Lua. Essa proximidade — falando cosmicamente — faz com que as partículas energéticas dos pulsares sejam particularmente danosas para suas estrelas companheiras.

Essa descoberta está de acordo com modelos teóricos que os cientistas desenvolveram. Como estrelas mais massivas produzem um vento de partículas mais denso, há um choque mais forte — produzindo raios-X mais brilhantes — quando seu vento colide com as partículas do pulsar. A proximidade das estrelas companheiras com seus pulsares significa que os raios-X podem causar danos significativos às estrelas, além do vento do pulsar.

A visão aguçada em raios-X do Chandra é crucial para estudar pulsares de milissegundos em aglomerados globulares, pois eles frequentemente contêm grandes números de fontes de raios-X em uma pequena parte do céu, tornando difícil distinguir fontes umas das outras. Vários dos pulsares de milissegundos em Ômega Centauri têm outras fontes de raios-X não relacionadas a apenas alguns segundos de arco de distância.

Estudos futuros podem se concentrar em entender melhor a evolução desses sistemas binários e o destino final das estrelas companheiras. Também seria interessante explorar como esses sistemas se formam e como a interação com pulsares de milissegundos afeta o ambiente do aglomerado globular como um todo.

A investigação de pulsares aranha em outros aglomerados globulares e galáxias pode fornecer insights adicionais sobre a diversidade e a natureza desses sistemas em diferentes ambientes astrofísicos. Além disso, o estudo da influência da metalicidade e da composição química das estrelas companheiras na dinâmica do sistema também é uma área de pesquisa promissora.

Em suma, o estudo de pulsares aranha oferece uma janela única para os processos extremos e as condições encontradas no universo. Através da combinação de observações de rádio e raios-X, juntamente com a modelagem teórica, os astrônomos podem continuar a desvendar os mistérios desses fascinantes sistemas estelares.

Fonte:

https://chandra.si.edu/photo/2023/spiders/

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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