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Investigadores descobrem uma das mais massivas estrelas de nêutrons


O massivo sistema binário PSR J2215+5135, ilustrado na figura, aquece a face irradiada da sua estrela companheira.
Crédito: G. Pérez-Díaz/IAC

Usando um método pioneiro, investigadores do Grupo de Astronomia e Astrofísica da Universidade Politécnica da Catalunha e do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias encontraram uma estrela de nêutrons com aproximadamente 2,3 massas solares - uma das mais massivas já detectadas. O estudo foi publicado na edição de 23 de maio da revista The Astrophysical Journal e abre um novo caminho de conhecimento em muitos campos da astrofísica e da física nuclear.

As estrelas de nêutrons (frequentemente chamadas pulsares) são remanescentes estelares que atingiram o final da sua vida evolutiva: resultam da morte de uma estrela com 10 a 30 vezes a massa do Sol. Apesar do seu pequeno tamanho (cerca de 20 km em diâmetro), as estrelas de nêutrons têm mais massa do que o Sol, por isso são extremamente densas.

Investigadores da Universidade Politécnica da Catalunha e do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias usaram um método inovador para medir a massa de uma das mais pesadas estrelas de nêutrons conhecidas até ao momento. Descoberta em 2011 e com o nome PSR J2215+5135, tem mais ou menos 2,3 massas solares e é uma das mais massivas das mais de 2000 estrelas de nêutrons conhecidas até à data. Embora um estudo publicado em 2011 tenha relatado evidências de uma estrela de nêutrons com 2,4 massas solares, as estrelas de nêutrons mais massivas que anteriormente haviam alcançado um consenso entre os cientistas, relatadas em 2010 e 2013, têm duas vezes a massa do Sol.

O estudo foi liderado por Manuel Linares, investigador Marie-Curie do Grupo de Astronomia e Astrofísica, ligado ao Departamento de Física da Universidade Politécnica da Catalunha, em colaboração com os astrônomos Tariq Shahbaz e Jorge Casares do Instituto de Astrofísica da Ilhas Canárias. Os cientistas usaram dados obtidos pelo GTC (Gran Telescopio Canarias), o maior telescópio óptico e infravermelho do mundo, o WHT (William Herschel Telescope), o ING (Isaac Newton Telescope Group) e o telescópio IAC-80, em combinação com modelos dinâmicos de estrelas binárias com irradiação. O artigo que relata os resultados foi publicado na revista The Astrophysical Journal.

Um método de medição pioneiro

A equipe desenvolveu um método mais preciso do que os usados até agora para medir a massa de estrelas de neutrões em binários compactos. PSR J2215+5135 faz parte de um sistema binário, no qual duas estrelas orbitam em torno de um centro de massa comum: uma estrela "normal" (como o Sol) "acompanha" a estrela de nêutrons. A estrela secundária ou companheira é fortemente irradiada pela estrela de nêutrons.

Quanto mais massiva é a estrela de neutrões, mais rápida a estrela companheira se move na sua órbita. O novo método utiliza linhas espectrais de hidrogênio e magnésio para medir a velocidade com que a estrela companheira se move. Isso permitiu que a equipe liderada por Manuel Linares medisse, pela primeira vez, a velocidade de ambos os lados da estrela companheira (o lado irradiado e o lado sombreado) e mostrasse que a estrela de nêutrons pode ter mais do dobro da massa do Sol.

Este novo método também pode ser aplicado ao resto desta crescente população de estrelas de nêutrons: ao longo dos últimos 10 anos, o telescópio de raios-gama Fermi-LAT da NASA revelou dúzias de pulsares parecidos com PSR J2215+5135. Em princípio, o método também pode ser usado para medir a massa de buracos negros e anãs brancas (remanescentes de estrelas que morrem com mais de 30 ou menos de 10 massas solares, respectivamente) quando localizados em sistemas binários similares nos quais a irradiação é importante.

Mais denso que um núcleo atômico

Ser capaz de determinar a massa máxima de uma estrela de nêutrons tem consequências muito importantes para bastantes campos da astrofísica, bem como para a física nuclear. As interações entre os núcleons (os nêutrons e prótons que compõem o núcleo de um átomo) a altas densidades são dos maiores mistérios da física atual. As estrelas de nêutrons são um laboratório natural para estudar os estados de matéria mais densos e exóticos que podem ser imaginados.

Os resultados do projeto também sugerem que, para suportar a massa de 2,3 sóis, a repulsão entre as partículas no núcleo da estrela de nêutrons deve ser suficientemente forte. Isto indicaria que é improvável que encontremos quarks livres ou outras formas exóticas de matéria no centro da estrela de nêutrons.


Usando um método pioneiro, a equipe mediu a velocidade de ambos os lados da companheira.
Crédito: G. Pérez-Díaz/IAC, R. Hynes

FONTE: http://www.ccvalg.pt (Astronomia Online)

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