Os astrónomos há muito que acreditam que a Via Láctea está repleta de estrelas de neutrões, os restos superdensos deixados para trás após a explosão de estrelas massivas. O problema é que a maioria desses objetos é quase impossível de ver. Um novo estudo publicado em Astronomia e astrofísica sugere que o próximo Telescópio Espacial Nancy Grace Rome da NASA pode finalmente ser capaz de detectar alguns deles.
Usando simulações avançadas da Via Láctea e previsões de futuras observações Raman, os pesquisadores descobriram que o telescópio espacial poderia detectar e estudar dezenas de estrelas de nêutrons isoladas através de um fenômeno conhecido como microlente gravitacional.
“A maioria das estrelas de nêutrons são relativamente fracas e independentes”, disse Zofia Kaczmarek, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, que liderou o estudo. “Eles são incrivelmente difíceis de detectar sem ajuda.”
Como Raman poderia descobrir estrelas de nêutrons invisíveis
As estrelas de nêutrons contêm mais massa do que o Sol compactadas em um objeto do tamanho de uma cidade. Os cientistas as estudam para entender melhor como as estrelas se desenvolvem, explodem e espalham elementos pesados pelo espaço. Eles também oferecem a rara oportunidade de estudar a matéria sob as condições mais extremas (pressão e densidade) imagináveis.
A maioria das estrelas de nêutrons permanece oculta, a menos que apareçam como pulsares emitindo ondas de rádio ou brilhando intensamente em raios X. Mesmo os telescópios mais poderosos podem não perceber estrelas de nêutrons isoladas que produzem pouca ou nenhuma luz.
O telescópio espacial romano poderia encontrá-los indiretamente. Quando um objeto massivo, como uma estrela de nêutrons, passa na frente de uma estrela mais distante, sua gravidade curva e amplia a luz da estrela de fundo. Este efeito, denominado microlente, torna temporariamente uma estrela distante mais brilhante e ligeiramente deslocada no céu.
Muitos telescópios podem detectar iluminação de curta duração causada por microlentes, mas espera-se que Raman faça muito mais. O observatório medirá com precisão tanto o aumento no brilho (fotometria) quanto o pequeno movimento posicional (astrometria) da estrela de fundo.
Como as estrelas de nêutrons são relativamente pesadas, elas produzem um sinal astrométrico mais forte do que objetos menores. Isto significa que Raman pode não apenas detectar estrelas de nêutrons escondidas, mas também medir suas massas, o que é muito difícil de conseguir apenas com fotometria.
“O que é realmente ótimo no uso de microlentes é que você pode obter medições diretas de massa”, disse o coautor do artigo, Peter McGill, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore. “A fotometria diz-nos que algo passou em frente da estrela, mas o quanto a posição da estrela mudou diz-nos a massa do objeto. Ao medir um pequeno desvio no céu, podemos pesar diretamente o que de outra forma seria invisível.”
Resolvendo os mistérios da estrela de nêutrons
As observações Raman podem ajudar os cientistas a responder a questões fundamentais sobre estrelas de neutrões e buracos negros, incluindo se existe uma verdadeira lacuna entre as suas massas. A missão também pode revelar a rapidez com que as estrelas de neutrões se movem pela galáxia.
Os investigadores estão particularmente interessados nos poderosos “choques” que as estrelas de neutrões recebem durante as explosões de supernovas. Esses eventos violentos podem lançá-los ao espaço a centenas de quilômetros por segundo.
A equipe planeja usar o próximo levantamento Raman do Bulge Galáctico no domínio do tempo, que observará repetidamente milhões de estrelas em vastas áreas do céu.
“Vamos começar a trabalhar assim que os dados começarem a chegar”, disse McGill. “Nos primeiros meses após o comissionamento, esperamos começar a identificar eventos promissores”.
Mesmo um número modesto de descobertas confirmadas pode melhorar significativamente os modelos de explosões estelares e o comportamento da matéria em condições extremas.
“Não sabemos com certeza a distribuição de massa das estrelas de nêutrons, buracos negros, ou onde termina um e começa o outro”, disse McGill. “O romance será realmente um avanço nesse aspecto.”
Uma população escondida esperando para ser encontrada
Até agora, os astrónomos identificaram apenas alguns milhares de estrelas de neutrões, a maioria delas descobertas como pulsares. No entanto, de acordo com estimativas dos cientistas, a Via Láctea pode conter dezenas de milhões a centenas de milhões de estrelas de nêutrons. Os pesquisadores também conseguiram medir as massas das estrelas de nêutrons apenas em sistemas binários, onde os dois objetos giram um contra o outro.
“Vemos uma pequena amostra que não é representativa do quadro geral”, disse Kaczmarek. “Mesmo uma única medição de massa seria muito poderosa. Se encontrássemos apenas uma estrela de nêutrons isolada, já seria incrivelmente estimulante para a nossa pesquisa.”
O estudo também destaca uma vantagem científica inesperada da missão romana. Embora o telescópio de rastreio tenha sido originalmente concebido principalmente para detectar exoplanetas utilizando microlentes fotométricas, a sua precisão astrométrica melhorada poderá abrir a porta a tipos de descoberta inteiramente novos.
“Não fazia parte do plano original”, disse McGill. “Mas acontece que as capacidades astrométricas de Raman são realmente boas para detectar estrelas de nêutrons e buracos negros, então podemos adicionar um tipo totalmente novo de ciência às pesquisas Raman.”
Se as previsões estiverem corretas, Raman poderá entregar a primeira grande coleção de estrelas de nêutrons isoladas detectadas apenas através da sua influência gravitacional. Espera-se que a missão expanda enormemente o estudo das microlentes e revele populações ocultas de objetos em toda a Via Láctea, incluindo planetas rebeldes e remanescentes estelares, como estrelas de nêutrons.
O Telescópio Espacial Nancy Grace Rome é operado pelo Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, com a participação do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia; Caltech/IPAC em Pasadena, Califórnia; Instituto de Ciências do Telescópio Espacial em Baltimore; e uma equipe de pesquisa composta por cientistas de diversas instituições de pesquisa. Os principais parceiros industriais são BAE Systems Inc. em Boulder, Colorado; L3Harris Technologies em Rochester, Nova York; e Teledyne Scientific & Imaging em Thousand Oaks, Califórnia.
