Magnetar e Buraco Negro São Vizinhos

Descoberta apenas em 2013, durante uma erupção, a estrela de neutrões SGR 1745–2900, é vizinha do buraco negro super-maciço no centro da Via Láctea, a uma distância provavelmente inferior a 1 ano-luz. Trata-se de um tipo de estrela de neutrões ultra-magnetizada designada por magnetar, e os astrónomos que a estudam estão desconcertados com o seu comportamento peculiar.

As estrelas de neutrões formam-se durante o colapso do núcleo de estrelas maciças, nos primeiros instantes de uma supernova. Como o próprio nome indica, são formadas principalmente por neutrões, mas junto à superfície existem também partículas carregadas electricamente como protões, electrões e iões atómicos. Um exemplar típico tem 1.4 massas solares, compactadas numa esfera de 20 km de diâmetro, resultando numa densidade enorme —1 cm^3 de material pesa tanto como toda a humanidade! Quando se formam, a sua velocidade de rotação é enorme, na ordem das 300 rotações por segundo, gerando um campo magnético 1 bilião (1 seguido de 12 zeros) de vezes mais intenso do que o da Terra. Por razões ainda mal compreendidas, algumas supernovas dão origem a estrelas de neutrões ainda mais extremas, com campos magnéticos mil vezes mais intensos do que o normal — as magnetares; são conhecidas apenas 20 na Via Láctea.

Representação artística de uma magnetar, uma estrela de neutrões com um campo magnético anormalmente intenso. Nestas estrelas ocorrem, por vezes, erupções devidas a alterações na forma da crosta que são rapidamente corrigidas pela gravidade intensa. Estas erupções libertam uma quantidade colossal de energia emitida principalmente sob a forma de raios gama e raios-X. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger.

Representação artística de uma magnetar, uma estrela de neutrões com um campo magnético anormalmente intenso. Nestas estrelas ocorrem, por vezes, erupções devidas a alterações na forma da crosta que são rapidamente corrigidas pela gravidade intensa. Estas erupções libertam uma quantidade colossal de energia emitida principalmente sob a forma de raios gama e raios-X. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger.

Nas magnetares o campo magnético intenso está ancorado junto à superfície — pois é aí que existem partículas carregadas electricamente — e a torção das linhas do campo provoca a acumulação de tensão em alguns pontos da crosta. Eventualmente, esta cede à tensão e dissipa a energia acumulada através do equivalente a “tremores de terra”. Nestes eventos a crosta ajusta a sua forma quase instantaneamente para um elipsóide quase perfeito sob a acção do campo gravitacional intenso. O campo magnético é também obrigado a reajustar-se e passar a um estado menos energético. A energia libertada neste ajuste é colossal dando origem a intensas erupções de raios gama e X observados por telescópios espaciais. Com o tempo as magnetares perdem os seus campos magnéticos intensos e tornam-se em estrelas de neutrões normais.

Em Abril de 2013, o observatório espacial SWIFT detectou uma forte erupção de raios-X proveniente da região central da Via Láctea. Uma análise preliminar apontava para que a fonte da radiação fosse o Sagitário A*, o buraco negro super-maciço no centro da nossa galáxia. No entanto, observações subsequentes mostraram que a erupção tinha características semelhantes às de uma magnetar. De facto, pouco depois, o próprio NuSTAR e o telescópio espacial Chandra identificaram a fonte como um novo pulsar (uma estrela de neutrões ou magnetar que emite periodicamente feixes de radiação na direcção da Terra) de raios-X com uma periodicidade de 3.76 segundos.

Imagem do núcleo galáctico obtida com o telescópio espacial Chandra, em raios-X ( vermelho, verde e azul a representam raios-X de energia baixa, média e elevada, respectivamente). As pequenas imagens, em baixo à direita, mostram o buraco negro central da Via Láctea — Sgr A* — em 2008 e em 2013. Na primeira data o magnetar não era visível, pois estava num estado quiescente. Em 2013 foi descoberto durante uma grande erupção. Crédito: NASA/CXC/INAF e F. Coti Zelati et al..

Imagem do núcleo galáctico obtida com o telescópio espacial Chandra, em raios-X ( vermelho, verde e azul a representam raios-X de energia baixa, média e elevada, respectivamente). As pequenas imagens, em baixo à direita, mostram o buraco negro central da Via Láctea — Sgr A* — em 2008 e em 2013. Na primeira data o magnetar não era visível, pois estava num estado quiescente. Em 2013 foi descoberto durante uma grande erupção.
Crédito: NASA/CXC/INAF e F. Coti Zelati et al..

A pequena distância da magnetar ao Sagitário A* faz com que esteja no seu raio de acção gravitacional e imerso num meio interestelar altamente energético. Por esse motivo tornou-se um objecto seguido muito de perto pelos astrónomos que têm monitorizado o seu comportamento com os telescópios espaciais Chandra, da NASA, e XMM-Newton, da ESA. A análise dos dados assim obtidos mostra algo de muito interessante: depois da erupção, a luminosidade em raios-X do SGR 1745–2900 tem vindo a diminuir mais lentamente, e a sua temperatura é bem superior, do que seria de esperar. Os cientistas adiantam um cenário que explicaria as observações: a magnetar poderá estar a ser bombardeada continuamente por partículas carregadas electricamente (e.g., electrões, protões, iões atómicos) provenientes da região que circunda o buraco negro. Estas partículas, forçadas a seguir as linhas do forte campo magnético da magnetar, colidem com a sua crosta libertando raios-X e aquecendo-a.

(Fonte: NASA/Chandra)

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