Novo fenômeno observado em um Magnetar

29 de maio de 2013
Os astrônomos que empregam o Telescópio Espacial de Raios-X Swift da NASA, observaram a súbita diminuição da velocidade de rotação de uma estrela de nêutrons, o que pode dar pistas para compreender o que se passa nesses objetos estelares extremamente densos.

Uma estrela de nêutrons é o núcleo esmagado de uma estrela massiva que extinguiu seu combustível, colapsou sob seu próprio peso e explodiu como uma supernova. Uma estrela de nêutrons pode girar tão rápido quanto 43.000 rotações por minuto e exibir um campo magnético um trilhão de vezes mais forte do que o da Terra. A matéria de uma estrela de nêutrons é tão densa que uma colher de chá dessa matéria pesaria cerca de um bilhão de toneladas na Terra.

artist's rendering of an outburst on an ultra-magnetic neutron star, also called a magnetar

Uma concepção artística de uma emanação partida de uma estrela de nêutrons magnética, também chamada de magnetar.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
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Esta estrela de nêutrons, 1E 2259+586, fica a cerca de 10.000 anos-luz da Terra, na direção da constelação Cassiopeia. Ela é uma das cercas de duas dúzias de estrelas de nêutrons chamadas magnetares, que têm poderosos campos magnéticos e ocasionalmente produzem explosões ou pulsos de alta energia.

As observações dos pulsos de Raios-X da 1E 2259+586, de julho de 2011 até meados de abril de 2012, indicavam que a rotação do magnetar estava diminuindo gradualmente, desde uma vez a cada sete segundos, ou seja: cerca de oito revoluções por minuto. Em 28 de abril de 2012, os dados mostraram que a taxa de rotação caiu abruptamente em 2,2 milionésimos de segundo e que o magnetar estava freando sua rotação mais rapidamente.

false-color X-ray image of the CTB 109 supernova remnant

O 1E 2259+586 brilha em um branco azulado luminoso nesta imagem de raios-X com cores falsas dos remanescentes da supernova CTB que ficam a cerca de 10.000 anos-luz de distância na direção da constelação Cassiopeia. A CTB 109 é somente um dos três remanescentes de supernovas em nossa galáxia conhecidos por abrigarem um magnetar. Os raios-X de baixa, média e alta energias são mostrados respectivamente nas cores vermelho, verde e azul nesta imagem criada a partir de observações obtidas pelo satélite XMM-Newton da Agência Espacial Européia em 2002.
Crédito: ESA/XMM-Newton/M. Sasaki et al.
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“Os astrônomos testemunharam centenas de eventos, chamados glitches, associados com súbitos aumentos na rotação de estrelas de nêutrons, porém esta súbita diminuição da rotação nos pegou com a guarda baixa”, declarou Victoria Kaspi, professora de física na Universidade McGill  em Montreal. Ela lidera uma equipe que usa o Swift para monitorar os magnetares rotineiramente.

O astrônomos batizaram o evento de “anti-glitch”, segundo o co-autor Neil Gehrels, principal investigador  da missão Swift no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. “Ele afetou o magnetar de maneira exatamente oposta a qualquer outro glitch claramente identificado em qualquer outra estrela de nêutrons já visto”.

Esta descoberta tem importantes implicações para a compreensão das extremas condições físicas presentes dentro das estrelas de nêutrons, onde a matéria é comprimida até densidades várias vezes maiores do que em um núcleo atômico. Nenhum laboratório na Terra consegue duplicar essas condições.

Um relatório das descobertas será publicado na edição de 30 de maio da Nature.

artist concept of neutron star compared to satellite image of Manhattan for scale

Uma estrela de nêutrons é o objeto mais denso que os astrônomos podem observar diretamente, onde meio milhão de massas da Terra são comprimidos em uma esfera de cerca de 24 km de diâmetro, ou seja, mais ou menos o tamanho da ilha de Manhattan, como mostrado nesta ilustração.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
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A estrutura interna das estrelas de nêutrons é um quebra-cabeças há muito tempo. A teoria corrente mantém que uma estrela de nêutrons tem uma crosta feita de elétrons e íons; um interior que contém extravagâncias que incluem um superfluido de nêutrons, que é um bizarro estado da matéria sem fricção; e uma superfície que acelera correntes de partículas de alta energia através do intenso campo magnético da estrela.

As partículas das correntes drenam a energia da crosta. A crosta perde rotação, porém o fluido no interior resiste a essa frenagem. Esta tensão fratura a crosta. Quando isso acontece, ocorre um a glitch. Acontece uma emissão de raios-X e a estrela ganha um impulso na rotação de seu interior que está girando mais rápido.

Um processo que leve a uma súbita frenagem na rotação  constituí um novo desafio teórico.

Em 21 de abril de 2012, apenas uma semana antes do Swift observar o anti-glitch, a 1E 2259+586 produziu uma emissão breve porém intensa de raios-X, detectada pelo Monitor de Raios-X a bordo do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA. Os cientistas pensam que esta erupção de luz de alta energia de 36 milissegundos provavelmente assinalou as mudanças que causaram a frenagem do magnetar.

“O que é realmente digno de nota neste evento é a combinação da frenagem abrupta do magnetar, a emissão de raios-X e o fato de que agora observamos a estrela girando cada vez mais devagar”, diz o principal autor, Robert Archibald, estudante de pós-graduação na McGill.

O Centro Goddard gerencia o Swift, lançado em novembro de 2004. O telescópio é operado em colaboração com a Universidade do Estado da Pennsylvania em University Park, o Laboratório Nacional de Los Alamos no Novo México e a Orbital Sciences Corp. em Dulles, Virgínia. Os colaboradores internacionais são o Reino Unido e a Itália e a missão conta com contribuições da Alemanha e do Japão.

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Fonte: NASA’s Swift Reveals New Phenomenon in a Neutron Star

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