Descoberta uma das mais massivas estrelas de neutrões do Universo

IAC / G. Pérez-Díaz

O massivo sistema binário PSR J2215+5135

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 neutrões com aproximadamente 2,3 massas solares – uma das mais massivas já detetadas.

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 neutrões, 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 neutrões 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 neutrões 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 neutrões conhecidas até à data.

Embora um estudo publicado em 2011 tenha relatado evidências de uma estrela de neutrões com 2,4 massas solares, as estrelas de neutrões 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 astrónomos 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 ótico 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 equipa 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 neutrões. A estrela secundária ou companheira é fortemente irradiada pela estrela de neutrões.

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 hidrogénio e magnésio para medir a velocidade com que a estrela companheira se move.

Isso permitiu que a equipa 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 neutrões pode ter mais do dobro da massa do Sol.

Este novo método também pode ser aplicado ao resto desta crescente população de estrelas de neutrões: 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, respetivamente) quando localizados em sistemas binários similares nos quais a irradiação é importante.

Mais denso que um núcleo atómico

Ser capaz de determinar a massa máxima de uma estrela de neutrões tem consequências muito importantes para bastantes campos da astrofísica, bem como para a física nuclear.

As interações entre os nucleões (os neutrões e protões que compõem o núcleo de um átomo) a altas densidades são dos maiores mistérios da física atual. As estrelas de neutrões 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 neutrões deve ser suficientemente forte. Isto indicaria que é improvável que encontremos quarks livres ou outras formas exóticas de matéria no centro da estrela de neutrões.

// CCVAlg

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