A Via Láctea tem um problema de pulsar ausente em seu núcleo. Os astrônomos tentam explicar isso há anos. Uma das ideias mais interessantes vem de uma equipe de astrônomos da Europa e invoca matéria escura, estrelas de nêutrons e buracos negros primordiais (PBHs).

O astrónomo Roberto Caiozzo, da Escola Internacional de Estudos Avançados de Trieste, Itália, liderou um grupo que examinou o problema do pulsar desaparecido. “Não observamos nenhum tipo de pulsar nesta região interna (exceto o magnetar PSR J1745-2900)”, escreveu ele por e-mail. “Pensou-se que isto se devia a limitações técnicas, mas a observação do magnetar parece sugerir o contrário.” Esse magnetar orbita Sagitário A*, o buraco negro no centro da Via Láctea.

Um mapa de raios X do núcleo da Via Láctea mostrando a posição do magnetar recentemente descoberto orbitando o buraco negro supermassivo Sgr A*.  Cortesia de Chandra e XMM-Newton.
Um mapa de raios X do núcleo da Via Láctea mostrando a posição do magnetar recentemente descoberto orbitando o buraco negro supermassivo Sgr A*. Cortesia de Chandra e XMM-Newton.

A equipe examinou outras possíveis razões pelas quais os pulsares não aparecem no núcleo e observou atentamente a formação de matnetar, bem como as perturbações de estrelas de nêutrons. Uma ideia intrigante que examinaram foi a canibalização de buracos negros primordiais por estrelas de nêutrons. A equipe explorou o problema da falta de pulsares fazendo a seguinte pergunta: poderia o canibalismo de buracos negros primordiais de estrelas de nêutrons explicar a falta de pulsares de milissegundos detectados no núcleo da Via Láctea? Vejamos os principais atores desse mistério para entender se isso poderia acontecer.

Estrelas de nêutrons, pulsares e pequenos buracos negros, meu Deus

A teoria sugere que os buracos negros primordiais foram criados nos primeiros segundos após o Big Bang. “Não se sabe da existência de PBHs”, aponta Caiozzo, “mas eles parecem explicar alguns fenômenos astrofísicos importantes”. Ele apontou para a ideia de que buracos negros supermassivos pareciam existir em épocas muito remotas no Universo e sugeriu que poderiam ter sido as sementes desses monstros. Se houver PHBs por aí, o próximo telescópio Nancy Grace Roman poderá ajudar a encontrá-los. Os astrónomos prevêem que podem existir numa gama de massas, desde a massa de um alfinete até cerca de 100.000 massas do Sol. Poderia haver uma faixa intermediária deles no meio, os chamados PBHs de “massa de asteróide”. Os astrônomos sugerem estes últimos como candidatos à matéria escura.

Os buracos negros primordiais, se existirem, poderiam ter-se formado pelo colapso de regiões excessivamente densas no Universo muito primitivo.  Crédito M. Kawasaki, TT Yanagida.
Os buracos negros primordiais, se existirem, poderiam ter-se formado pelo colapso de regiões excessivamente densas no Universo muito primitivo. Crédito M. Kawasaki, TT Yanagida.

A matéria escura representa cerca de 27% do Universo, mas além de sugerir que o PBH poderia fazer parte do conteúdo da matéria escura, os astrônomos ainda não sabem exatamente o que é. Parece haver uma grande quantidade no centro da nossa galáxia. No entanto, não foi observado diretamente, pelo que se infere a sua presença. Está ligado a esses PBHs de médio porte? Ninguém sabe.

O terceiro jogador neste mistério do pulsar desaparecido são as estrelas de nêutrons. São bolas enormes e trêmulas de nêutrons que sobraram após a morte de uma estrela supergigante entre 10 e 25 massas solares. As estrelas de nêutrons começam muito quentes (na faixa de dez milhões de K) e esfriam com o tempo. Eles começam a girar muito rápido e geram campos magnéticos. Alguns emitem feixes de radiação (geralmente em radiofrequências) e, à medida que giram, esses feixes aparecem como “pulsos” de emissão. Isso lhes valeu o apelido de “pulsar”. Estrelas de nêutrons com campos magnéticos extremamente poderosos são chamadas de “magnetares”.

Pulsares são estrelas de nêutrons de rotação rápida que emitem feixes estreitos e abrangentes de ondas de rádio.  Um novo estudo identifica a origem dessas ondas de rádio.  Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
Pulsares são estrelas de nêutrons de rotação rápida que emitem feixes estreitos e abrangentes de ondas de rádio. Um novo estudo identifica a origem dessas ondas de rádio. Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

O problema do pulsar ausente

Os astrónomos procuraram pulsares no núcleo da Via Láctea, sem muito sucesso. Pesquisa após pesquisa não detectaram pulsares de rádio nos 25 parsecs internos do núcleo da Galáxia. Por que é que? Caizzo e os seus co-autores sugeriram no seu artigo que a formação de magnetares e outras perturbações de estrelas de neutrões que afectam a formação de pulsares não explicam exactamente a ausência destes objectos no núcleo galáctico. “A formação eficiente de magnetares poderia explicar isso (devido ao seu tempo de vida mais curto)”, disse ele, “mas não há razão teórica para esperar isso. Outra possibilidade é que os pulsares sejam de alguma forma perturbados de outras maneiras.”

Normalmente, a ruptura acontece em sistemas estelares binários, onde uma estrela é mais massiva que a outra e explode como uma supernova. A outra estrela pode ou não explodir. Algo pode expulsá-lo completamente do sistema. A estrela de nêutrons sobrevivente torna-se um pulsar “interrompido”. Eles não são tão facilmente observados, o que poderia explicar a falta de detecções de rádio.

Se a companheira não for expulsa e depois inchar, a sua matéria será sugada pela estrela de neutrões. Isso gira a estrela de nêutrons e afeta o campo magnético. Se a segunda estrela permanecer no sistema, ela explodirá posteriormente e se tornará uma estrela de nêutrons. O resultado é uma estrela de nêutrons binária. Esta perturbação pode ajudar a explicar porque é que o núcleo galáctico parece estar desprovido de pulsares.

Usando captura de buraco negro primordial para explicar pulsares ausentes

A equipe de Caizzo decidiu usar modelos bidimensionais de pulsares de milissegundos – ou seja, pulsares girando extremamente rápido – como forma de investigar a possibilidade de captura de buracos negros primordiais no núcleo galáctico. O processo funciona assim: um pulsar de milissegundos interage de alguma forma com um buraco negro primordial que tem menos de uma massa estelar. Eventualmente, a estrela de nêutrons (que tem uma atração gravitacional forte o suficiente para atrair o PBH) captura o buraco negro. Quando isso acontecer, o PBH afundará no núcleo da estrela de nêutrons. Dentro do núcleo, o buraco negro começa a acumular matéria da estrela de nêutrons. Eventualmente, tudo o que resta é um buraco negro com aproximadamente a mesma massa da estrela de nêutrons original. Se isso ocorrer, isso poderá ajudar a explicar a falta de pulsares nos parsecs internos da Via Láctea.

Isso poderia acontecer? A equipe investigou as possíveis taxas de captura de PBHs por estrelas de nêutrons. Eles também calcularam a probabilidade de uma determinada estrela de nêutrons entrar em colapso e avaliaram a taxa de ruptura dos pulsares no núcleo galáctico. Se nem todos os pulsares interrompidos fazem ou fizeram parte de sistemas binários, então isso deixa a captura de estrelas de nêutrons de PBHs como outra forma de explicar a falta de pulsares no núcleo. Mas, isso acontece na realidade?

A tensão pulsar ausente continua

Acontece que tal canibalismo não pode explicar o problema do pulsar desaparecido, segundo Caizzo. “Descobrimos que em nosso modelo atual os PBHs não são capazes de perturbar esses objetos, mas isso considera apenas nosso modelo simplificado de interações de 2 corpos”, disse ele. Não descarta a existência de PHBs, apenas que em casos específicos tal captura não está acontecendo.

Então, o que resta examinar? Se houver PHBs nos núcleos e eles estiverem se fundindo, ninguém os viu ainda. Mas o centro da Galáxia é um lugar movimentado. Muitos corpos lotam os parsecs centrais. Você tem que calcular os efeitos de todos esses objetos interagindo em um espaço tão pequeno. Esse problema da “dinâmica de muitos corpos” tem que levar em conta outras interações, bem como a dinâmica e a captura dos PBHs.

Os astrónomos que pretendam usar fusões de estrelas de neutrões-PBH para explicar a falta de observações de pulsares no núcleo da Galáxia precisarão de compreender melhor tanto as observações propostas como as populações maiores de pulsares. A equipa sugere que observações futuras de antigas estrelas de neutrões próximas de Sgr A* poderão ser muito úteis. Eles ajudariam a estabelecer limites mais fortes para o número de PBHs no núcleo. Além disso, seria útil ter uma ideia das massas destes PBHs, uma vez que aqueles na extremidade inferior (tipos de massa de asteróides) poderiam interagir de forma muito diferente.

Para maiores informações

Revisitando a captura do buraco negro primordial por estrelas de nêutrons
Procurando Pulsares no Centro Galáctico em 3 e 2 mm

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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.