Durante mais de 20 anos, os astrónomos ficaram perplexos com o estranho padrão de bandas brilhantes e uniformemente espaçadas nas ondas de rádio que emanam do Pulsar do Caranguejo, um denso remanescente de supernova registado por astrónomos chineses e japoneses em 1054.
Em 2024, um astrofísico teórico da Universidade do Kansas propôs uma solução que explicava grande parte deste padrão incomum de “zebra”. Agora, com uma análise mais refinada, ele identificou o efeito de lente gravitacional como o último ingrediente que faltava para explicar completamente o fenômeno.
“A gravidade muda a forma do espaço-tempo”, disse Mikhail Medvedev, professor de física e astronomia da KU que apresentará suas descobertas na Cúpula Global de Física de 2026 da American Physical Society, de 15 a 20 de março, no Centro de Convenções do Colorado, em Denver.
Um artigo relacionado aceito pelo Journal of Plasma Physics, revisado por pares, está atualmente disponível no site de pré-impressão arXiv.
“A luz não viaja em linha reta num campo gravitacional porque o próprio espaço é curvo”, disse ele. “O que seria reto no espaço-tempo plano torna-se curvo na presença de forte gravidade. Nesse sentido, a gravidade atua como uma lente no espaço-tempo distorcido.”
Gravidade e plasma criam um cabo de guerra cósmico único
Embora as lentes gravitacionais sejam bem conhecidas na pesquisa de buracos negros, Medvedev diz que este é o primeiro caso observado de gravidade e plasma trabalhando juntos para formar um sinal detectado no espaço.
“Nas imagens de buracos negros, apenas a gravidade forma a estrutura”, disse ele. “No Pulsar Caranguejo, a gravidade e o plasma trabalham juntos. Esta é a primeira aplicação real deste efeito combinado.”
O pulsar semelhante ao Caranguejo está localizado no centro da Nebulosa do Caranguejo, no Braço de Perseu da Via Láctea, a cerca de 6.500 anos-luz da Terra. A sua distância relativamente próxima e a boa visibilidade tornam-no num objeto chave para o estudo de estrelas de neutrões, remanescentes de supernovas e nebulosas.
Um sinal estranho diferente de qualquer outro pulsar
Medvedev descreve o sinal do pulsar como muito incomum. Em vez de um espectro contínuo como a luz solar que se espalha suavemente por todas as cores, o pulsar do Caranguejo produz bandas distintas e separadas.
“Há uma regularidade notável no espectro do Pulsar”, disse Medvedev. “Ao contrário de um amplo espectro normal – como a luz solar, que contém um espectro contínuo de cores – o interpulso de alta frequência do Caranguejo mostra bandas espectrais discretas. Se fosse um arco-íris, seria como se apenas certas ‘cores’ aparecessem, sem nada entre elas.”
A maioria dos pulsares emite ondas de rádio ruidosas e espalhadas por diferentes frequências. O Pulsar Caranguejo se distingue por faixas bem definidas separadas pela escuridão total.
“As listras são absolutamente claras, entre elas há uma escuridão completa”, disse Medvedev. “Há uma faixa brilhante, depois nada, uma faixa brilhante, nada. Nenhum outro pulsar tem esse tipo de variação. Esta singularidade tornou o Pulsar do Caranguejo particularmente interessante – e desafiador – de entender.”
A gravidade fornece a peça que faltava
Versões anteriores do modelo de Medvedev conseguiam reproduzir o padrão de faixas, mas não conseguiam igualar o forte contraste observado em observações reais. Sua pesquisa mostrou que o plasma ao redor do pulsar curva e espalha ondas eletromagnéticas por meio de difração, ajudando a formar o padrão.
Agora, ao adicionar a teoria da gravidade de Einstein ao modelo, ele explicou o contraste que faltava.
“O modelo teórico anterior poderia reproduzir as listras, mas não com o contraste observado. Incluir a gravidade fornece a peça que faltava”, disse Medvedev. “O plasma na magnetosfera pulsar pode ser considerado uma lente, mas uma lente de desfocagem. A gravidade, por outro lado, actua como uma lente de focagem. O plasma tende a propagar os raios de luz individualmente; a gravidade puxa-os para dentro. Quando estes dois efeitos se sobrepõem, existem certos caminhos onde eles se compensam.”
Padrões de interferência criam listras de zebra
A interação entre o plasma e a gravidade cria múltiplos caminhos para as ondas de rádio do pulsar. Quando esses caminhos se alinham, as ondas podem reforçar-se ou cancelar-se mutuamente, formando um padrão de faixas claras e escuras.
O pesquisador da KU disse que a combinação de desfocagem do plasma magnetosférico e foco da gravidade cria bandas de interferência em fase e fora de fase de intensidade de ondas de rádio que se parecem com as listras de zebra de um pulsar Caranguejo.
“Por simetria, existem pelo menos dois caminhos para a luz”, disse ele. “Quando dois caminhos quase idênticos conduzem a luz até um observador, eles formam um interferômetro. Os sinais são combinados. Em algumas frequências, eles se reforçam (em fase), criando faixas brilhantes. Em outras, eles se extinguem (fora de fase), criando escuridão. Esta é a essência do padrão de interferência.”
Uma nova ferramenta para estudar estrelas de nêutrons
Medvedev acredita que o mecanismo básico por trás das listras de zebra é agora amplamente compreendido, embora melhorias adicionais possam melhorar a precisão.
“Parece que pouca física adicional é necessária para explicar qualitativamente as bandas”, disse Medvedev. “A quantidade pode ser esclarecida. Por exemplo, o tratamento atual envolve a gravidade na aproximação estática de ordem mais baixa. O pulsar gira, e a inclusão de efeitos rotacionais pode causar mudanças quantitativas, mas não qualitativas.”
Este novo modelo poderá fornecer aos cientistas uma forma poderosa de estudar sistemas gravitacionais rotativos e compreender melhor os pulsares, que normalmente são difíceis de visualizar diretamente. Poderia também ajudar a revelar como a matéria está distribuída em torno das estrelas de neutrões e até fornecer pistas sobre a sua estrutura interna através dos seus efeitos gravitacionais.
