Quinta-feira, 28 de março de 2024

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Um raro sistema estelar de viúva negra pode ajudar a desvendar os segredos do espaço-tempo

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A cada 4 milissegundos, uma estrela morta emite um poderoso feixe de radiação em direção ao nosso planeta. Não se preocupe - tudo ficará bem com a Terra. É a pequena companheira da estrela morta que está com problemas.

Em um novo estudo, os cientistas descrevem esse malfadado sistema estelar binário - uma classe rara de objetos celestes conhecidos como pulsares da viúva negra. Como a aranha canibal que dá nome a esse tipo de sistema, o membro maior do par parece ter a intenção de devorar e destruir sua companheira menor (as aranhas fêmeas costumam ser maiores que os machos). No entanto, uma rápida absorção é uma longa espera, a grande estrela parece matar seu parceiro muito mais lentamente. Ao longo de centenas ou milhares de anos, a estrela maior sugou matéria dos arredores da estrela menor, simultaneamente banhando a estrela menor com feixes estroboscópicos de energia que ejetaram ainda mais matéria para o espaço.

É possível que um dia a estrela maior seja capaz de absorver completamente a menor, disse a principal autora do estudo, Emma van der Wateren, pós-doutoranda do Instituto Holandês de Radioastronomia (ASTRON), à Live Science. Mas antes disso, os cientistas esperam fazer esse estranho sistema funcionar. Os autores do estudo esperam que, ao monitorar os pulsos surpreendentemente constantes da estrela maior em busca de anomalias repentinas, esse pulsar os ajude a detectar ondulações raras no tecido do espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais.

Os cientistas descobriram o sistema estelar J0610-2100 a cerca de 10 anos-luz da Terra em 000, quando observaram sua pulsação periódica com um radiotelescópio. Os pesquisadores ligaram o sistema a um pulsar, um tipo de estrela pequena, densa e em colapso que gira muito rapidamente.

Essas estrelas mortas são fortemente magnetizadas e, ao girar, emitem raios de radiação eletromagnética de seus pólos. Quando um desses feixes é direcionado para a Terra, o efeito é semelhante ao de um farol: a luz acende e apaga conforme o feixe passa por nós. Se a luz piscar a cada 10 milissegundos ou menos (como J0610-2100, que pisca a cada 3,8 milissegundos), a estrela cai em uma categoria ainda mais rara chamada pulsar de milissegundos.

Muitos pulsares de milissegundos compartilham suas órbitas com estrelas companheiras semelhantes ao Sol, que os pulsares devoram lentamente. Quando os pulsares absorvem discos giratórios de matéria ejetados de uma estrela companheira, eles brilham em raios-X que podem ser detectados em toda a galáxia.

Um raro sistema estelar de viúva negra pode ajudar a desvendar os segredos do espaço-tempo
Ilustração de um pulsar devorando matéria de sua estrela companheira. Os pulsares da viúva negra têm uma estrela companheira reduzida a um décimo da massa do sol da Terra ou até menos.

E às vezes um pulsar pode receber mais do que o devido de seu companheiro. Se a estrela companheira do pulsar tiver uma massa inferior a um décimo da massa do Sol da Terra, então tal sistema estelar é chamado de pulsar "viúva negra".

J0610-2100 foi o terceiro pulsar de viúva negra já descoberto e parece ser um dos mais famintos. O estudo descobriu que a estrela companheira do pulsar tem uma massa de apenas 0,02 da massa do Sol e orbita o pulsar a cada sete horas ou mais. Os cientistas analisaram 16 anos de dados de radiotelescópio deste sistema estelar canibal. Embora o sistema tenha uma semelhança inconfundível com um pulsar de viúva negra, a equipe ficou surpresa ao descobrir que faltavam algumas características distintas. Por exemplo, o sistema estelar nunca exibiu o que é conhecido como escurecimento do rádio, um fenômeno quase universal para outros pulsares da viúva negra. Em 16 anos, o sistema estelar também nunca apresentou nenhum desvio no tempo - pequenas diferenças repentinas no tempo do pulso do pulsar em comparação com as previsões dos astrônomos.

Segundo Van der Vateren, a ausência desses dois fenômenos comuns é difícil de explicar. Talvez a linha de visão para este pulsar seja deslocada para que o eclipse de rádio simplesmente não seja visível para telescópios terrestres, ou talvez a estrela companheira do pulsar não esteja emitindo tanto quanto outros pulsares conhecidos que exibem essas características. Mas, de qualquer forma, esse sistema de viúva negra é incrivelmente estável e previsível, tornando-o um candidato ideal para detectar ondas gravitacionais, dizem os pesquisadores.

Essas ondas (previstas pela primeira vez por Albert Einstein) ocorrem quando os objetos mais poderosos do universo interagem – por exemplo, quando buracos negros ou estrelas de nêutrons colidem. As ondas oscilam no tempo e no espaço na velocidade da luz, distorcendo o tecido do universo em seu caminho.

Uma maneira pela qual os astrônomos esperam detectar ondas gravitacionais é monitorando simultaneamente dezenas de pulsares de milissegundos usando sistemas chamados matrizes de sincronização de pulsares. Se, mais ou menos ao mesmo tempo, cada pulsar na matriz experimentasse repentinamente uma irregularidade temporal, isso poderia indicar que algo massivo, como uma onda gravitacional, interrompeu seus pulsos em seu caminho para a Terra. É isso que torna tão importante a descoberta de pulsares de viúvas negras altamente previsíveis como este.

Os pulsares da viúva negra, geralmente muito temperamentais devido aos seus eclipses de rádio e anomalias temporais, raramente são bons candidatos para a detecção de ondas gravitacionais. Mas J0610-2100 pode ser uma exceção – e sua própria existência sugere que pode haver outras exceções relevantes.

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