MARK A. GARLICK / SPACE-ART.CO.U / MARK A. GARLICK
MADRID, 11 mar. (EUROPA PRESS) - Os astrônomos observaram pela primeira vez o nascimento de um magnetar (uma estrela de nêutrons giratória e altamente magnetizada) e confirmaram que ele é a fonte de energia por trás de algumas das estrelas em explosão mais brilhantes do cosmos.
A descoberta corrobora uma teoria proposta por um físico da Universidade da Califórnia em Berkeley (Estados Unidos) há 16 anos e estabelece um novo fenômeno nas estrelas em explosão: supernovas com um “chiado” em sua curva de luz, causado pela relatividade geral. Um artigo que descreve esse fenômeno foi publicado na revista Nature. As supernovas superluminosas, que podem ser dez vezes ou mais brilhantes que as supernovas comuns, têm intrigado os astrônomos desde sua descoberta no início dos anos 2000. Acreditava-se que elas fossem o resultado da explosão de estrelas muito massivas, talvez 25 vezes a massa do nosso Sol, mas mantiveram seu brilho por muito mais tempo do que o esperado quando o núcleo de ferro de uma estrela entra em colapso e suas camadas externas são posteriormente expelidas.
Em 2010, Dan Kasen, agora astrofísico teórico da UC Berkeley e professor de física, foi o primeiro a propor que um magnetar estava impulsionando o brilho duradouro. De acordo com a teoria, quando uma estrela massiva entra em colapso no final de sua vida, ela comprime grande parte de sua massa em uma estrela de nêutrons muito compacta, um destino logo antes de entrar em colapso em um buraco negro. Se a estrela originalmente tivesse um campo magnético muito forte, ele teria se amplificado durante a formação do magnetar, produzindo um campo 100 a 1.000 vezes mais forte do que o das estrelas de nêutrons giratórias normais, as chamadas pulsares. Os pulsares e seus irmãos maiores altamente magnetizados, os magnetares, têm apenas cerca de 16 quilômetros de diâmetro, mas, em sua juventude, podem girar mais de 1.000 vezes por segundo. À medida que o magnetar gira, o campo magnético giratório pode acelerar partículas carregadas que colidem com os detritos da supernova em expansão, aumentando seu brilho. Acredita-se também que os magnetares sejam a fonte de rápidas rajadas de rádio.
O estudante de pós-graduação Joseph Farah, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara e do Observatório Las Cumbres (LCO) nos Estados Unidos, que chegará à Universidade da Califórnia em Berkeley neste outono como bolsista de pós-doutorado Miller no grupo de Kasen, confirmou a conexão entre magnetares e supernovas superluminosas do tipo I (SLSNe-I) após analisar dados de uma supernova de 2024 chamada SN 2024afav. No artigo da Nature, Farah e seus colaboradores propuseram uma explicação relativista geral para as protuberâncias incomuns na curva de luz dessa supernova (o que eles chamam de chirrido), que a vinculam de forma conclusiva a um magnetar.
“O que é realmente empolgante é que esta é a evidência definitiva da formação de um magnetar como resultado do colapso do núcleo de uma supernova superlumínica”, afirma Alex Filippenko, professor emérito de astronomia da Universidade da Califórnia em Berkeley, coautor do artigo e um dos futuros mentores de Farah. “O modelo de Dan Kansen se baseia no fato de que basta a energia do magnetar em seu interior e boa parte dela será absorvida, o que explica por que ele é superlumínico. O que não havia sido demonstrado era que, de fato, um magnetar se formava no centro da supernova, e é isso que o artigo de Joseph demonstra”.
Durante anos, a ideia do magnetar pareceu quase um truque de mágica teórico: esconder um motor potente atrás de camadas de restos de supernova. Era uma explicação natural para o brilho extraordinário dessas explosões, mas não podíamos vê-lo diretamente, segundo Kasen. O chiado neste sinal de supernova é como se esse motor abrisse a cortina e revelasse que realmente está lá. Após a descoberta da SN 2024afav em dezembro de 2024, o Observatório Las Cumbres (uma rede de 27 telescópios em todo o mundo) rastreou-a e mediu seu brilho por mais de 200 dias. A estrela em explosão estava a cerca de um bilhão de anos-luz da Terra. Farah observou que, após atingir seu brilho máximo cerca de 50 dias após a explosão, ela não desapareceu gradualmente como as supernovas típicas. Em vez disso, seu brilho oscilou lentamente para baixo, com o período das oscilações encurtando gradualmente, produzindo uma série de quatro protuberâncias. Ele comparou isso a um som que aumenta gradualmente de frequência, semelhante ao canto de um pássaro. Sabia-se que as supernovas superluminosas anteriores apresentavam um par de protuberâncias em sua curva de luz em decaimento, que alguns interpretaram como a colisão da supernova com camadas de gás agrupadas ao redor da estrela, aumentando brevemente seu brilho. No entanto, ninguém havia observado até quatro. De acordo com o modelo de Farah, parte do material da explosão da SN 2024afav recuou em direção ao magnetar, formando um disco de matéria chamado disco de acreção. Como é improvável que o material ao redor do magnetar seja simétrico, o disco de acreção também não seria em relação à estrela de nêutrons em rotação, o que causaria um desalinhamento entre o eixo de rotação do magnetar e o eixo de rotação do disco de acreção.
Como a relatividade geral estabelece que uma massa em rotação arrasta consigo o espaço-tempo, o magnetar em rotação produziria um efeito conhecido como precessão de Lense-Thirring; ou seja, faria o disco desalinhado oscilar. Um disco oscilante poderia bloquear e refletir periodicamente a luz do magnetar, transformando todo o sistema em um farol cósmico estroboscópico. O tempo que leva para se repetir diminui com o raio do disco; portanto, à medida que ele desliza em direção ao magnetar, ele oscila mais rápido, fazendo com que a luz oscile mais rapidamente ao desaparecer, criando o “chiado” observado pelos telescópios terrestres.
“Testamos várias ideias, incluindo efeitos puramente newtonianos e a precessão impulsionada pelos campos magnéticos do magnetar, mas apenas a precessão Lense-Thirring coincidiu perfeitamente com a sincronização”, comenta Farah. “É a primeira vez que a relatividade geral é necessária para descrever a mecânica de uma supernova”.
Os astrônomos também usaram dados observacionais para estimar o período de rotação da estrela de nêutrons (4,2 milissegundos) e seu campo magnético, aproximadamente 300 trilhões de vezes maior que o da Terra. Ambas são características distintivas de um magnetar. Farah espera encontrar dezenas de outras supernovas “chirriantes” enquanto o Observatório Vera C. Rubin se prepara para entrar em operação e iniciar o estudo mais completo do céu noturno até o momento.
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