Durante mais de 20 anos, os astrónomos ficaram intrigados com o impressionante padrão de faixas brilhantes e uniformemente espaçadas nas ondas de rádio do pulsar do Caranguejo, o denso remanescente da supernova registada pelos astrónomos chineses e japoneses em 1054.
Em 2024, um astrofísico teórico da Universidade do Kansas propôs uma solução que poderia explicar esse padrão incomum de “zebra”. Agora, através de uma análise precisa, ele descobriu que as lentes gravitacionais são o último elemento que faltava para explicar completamente o fenômeno.
“A gravidade muda a forma do espaço-tempo”, disse Mikhail Medvedev, professor de física e astronomia da Universidade do Kansas, que apresentará suas descobertas na Cúpula Global de Física de 2026 da American Physical Society, no Centro de Convenções do Colorado, em Denver, de 15 a 20 de março.
Um artigo relacionado foi aceito pelo Journal of Plasma Physics e 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. “No espaço e no tempo planos, as coisas retas se tornarão curvas sob a influência da forte gravidade. Nesse sentido, a gravidade atua como uma lente no espaço e no tempo curvos.”
Gravidade e plasma desencadeiam um cabo de guerra cósmico único
Embora as lentes gravitacionais sejam bem conhecidas na pesquisa de buracos negros, Medvedev disse que esta é a primeira vez que a gravidade e o plasma são observados trabalhando juntos para criar um sinal detectado no espaço.
“Na imagem do buraco negro, apenas a gravidade molda a estrutura”, disse ele. “Nos pulsares do Caranguejo, a gravidade e o plasma trabalham juntos. Isto representa a primeira aplicação no mundo real deste efeito combinado.”
O Pulsar do Caranguejo está localizado no centro da Nebulosa do Caranguejo, no Braço de Perseu da Via Láctea, a cerca de 6.500 anos-luz de distância da Terra. A sua distância relativamente próxima e a clara visibilidade tornam-no num objeto chave para o estudo de estrelas de neutrões, remanescentes de supernovas e nebulosas.
Sinal estranho diferente de outros pulsares
Medvedev descreveu o sinal do pulsar como muito incomum. Em vez de se espalharem suavemente por um espectro contínuo de todas as cores, como a luz solar, os pulsares do caranguejo produzem faixas de luz únicas e separadas.
“Há um padrão impressionante no espectro do pulsar”, disse Medvedev. “Ao contrário de um amplo espectro normal (como a luz solar, que contém uma gama contínua de cores), os pulsos de alta frequência do caranguejo mostram bandas espectrais discretas entre os pulsos. Se fosse um arco-íris, seria como se apenas certas ‘cores’ aparecessem, sem nada entre elas.”
As ondas de rádio emitidas pela maioria dos pulsares são barulhentas e se espalham por diferentes frequências. O pulsar do Caranguejo é separado por listras claras e separado pela escuridão completa.
“As listras são absolutamente claras, há escuridão total entre as listras”, disse Medvedev. “Há uma banda brilhante, depois nada, uma banda brilhante, depois nada. Nenhum outro pulsar mostra esta faixa. Esta singularidade torna o pulsar do Caranguejo particularmente interessante e desafiador.”
A gravidade fornece a peça que faltava
As primeiras versões do modelo de Medvedev conseguiam reproduzir padrões de listras, mas não conseguiam igualar o forte contraste observado nas observações reais. Sua pesquisa mostra que o plasma que envolve o pulsar ajuda a formar o padrão, dobrando e espalhando ondas eletromagnéticas por meio de difração.
Agora, ao adicionar a teoria da gravidade de Einstein ao modelo, ele explicou o contraste que faltava.
“Os modelos teóricos anteriores podiam reproduzir as listras, mas não conseguiam igualar o contraste observado. A adição da gravidade forneceu a peça que faltava”, disse Medvedev. “O plasma na magnetosfera do pulsar pode ser considerado uma lente, mas uma lente desfocada. Em contraste, a gravidade actua como uma lente de focagem. O plasma tende a separar os raios de luz; a gravidade puxa-os para dentro. Quando estes dois efeitos são sobrepostos, eles compensam-se através de caminhos específicos.”
Padrões de interferência produzem 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 anular-se mutuamente, criando um padrão de faixas claras e escuras.
A combinação de plasma magnetosférico desfocado e gravidade focada cria bandas de interferência em fase e fora de fase de intensidade de ondas de rádio que aparecem como listras de zebra do pulsar Caranguejo, dizem pesquisadores da Universidade de Kansas.
“Com base na simetria, existem pelo menos dois desses caminhos de luz”, disse ele. “Quando dois caminhos quase idênticos trazem luz para um observador, eles formam um interferômetro. Os sinais se combinam. Em certas frequências, eles se intensificam (em fase), produzindo bandas brilhantes. Em outras frequências, eles se cancelam (fora de fase), produzindo escuridão. Esta é a natureza de um padrão de interferência.”
Nova ferramenta para estudar estrelas de nêutrons
Medvedev acredita que o mecanismo central por trás das listras de zebra é agora amplamente compreendido, embora melhorias adicionais possam aumentar a precisão.
“Parece que nenhum conhecimento adicional de física é necessário para explicar qualitativamente essas faixas”, disse Medvedev. “Quantitativamente, pode haver algumas melhorias. Por exemplo, o tratamento atual inclui a gravidade em uma aproximação estática de ordem mais baixa. Os pulsares estão girando e a inclusão de efeitos rotacionais pode introduzir mudanças quantitativas, embora não qualitativas.”
O novo modelo poderá fornecer aos cientistas uma forma poderosa de estudar sistemas gravitacionais rotativos e compreender melhor os pulsares, que muitas vezes são difíceis de visualizar diretamente. Pode também ajudar a mapear a distribuição de material em torno de uma estrela de neutrões e até fornecer pistas sobre a sua estrutura interna através dos seus efeitos gravitacionais.
