Os astrónomos há muito que acreditam que a Via Láctea está repleta de estrelas de neutrões, os restos ultradensos deixados para trás quando estrelas massivas explodem. 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 projeções de observações futuras de Roman, os pesquisadores descobriram que o telescópio espacial pode detectar e estudar dezenas de estrelas de nêutrons isoladas através de um fenômeno chamado 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. “Seria difícil detectá-los sem algum tipo de ajuda.”
Como Roman detecta estrelas de nêutrons invisíveis
Uma estrela de nêutrons tem mais massa que o Sol, e uma estrela de nêutrons tem quase a mesma massa que uma cidade. Os cientistas as estudam para entender melhor como as estrelas evoluem, explodem e distribuem elementos pesados por todo o universo. Eles também oferecem uma rara oportunidade de estudar a matéria sob as condições mais extremas imagináveis (pressão e densidade).
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 detectável.
O Telescópio Espacial Romano pode encontrá-los indiretamente. Quando um objeto massivo como uma estrela de nêutrons passa na frente de uma estrela mais distante, sua gravidade curva e amplifica a luz da estrela de fundo. Este efeito, denominado microlente, faz com que estrelas distantes pareçam temporariamente mais brilhantes e se movam ligeiramente no céu.
Muitos telescópios podem detectar o breve brilho causado pelas microlentes, mas espera-se que o telescópio romano seja capaz de fazer mais. O observatório medirá com precisão os aumentos de brilho (fotometria) e pequenos movimentos posicionais (astrometria) das estrelas de fundo.
Como as estrelas de nêutrons são relativamente pesadas, elas produzem sinais astrométricos mais fortes do que objetos menores. Isto significa que Roman pode não apenas detectar estrelas de nêutrons escondidas, mas também medir suas massas, um objetivo que é difícil de alcançar usando apenas a fotometria.
“O que é realmente interessante sobre o uso de microlentes é que você pode fazer medições de massa diretamente”, disse o coautor do artigo, Peter McGill, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore. “As medições fotométricas dizem-nos que algo está a passar em frente da estrela, mas a quantidade de movimento na posição da estrela diz-nos quão grande é o objeto. Ao medir pequenas deflexões no céu, podemos pesar diretamente esse material invisível.”
Resolvendo o mistério da estrela de nêutrons
As observações de Roman podem ajudar os cientistas a responder a grandes questões sobre estrelas de neutrões e buracos negros, incluindo se existe uma lacuna real entre as suas massas. A missão também pode revelar a rapidez com que as estrelas de neutrões se movem através da Via Láctea.
Os pesquisadores estão particularmente interessados no poderoso “impulso” que as estrelas de nêutrons 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 futuro Galactic Bulb Time Domain Survey de Roman, que observará repetidamente milhões de estrelas em uma vasta região do céu.
“Assim que os dados começarem a chegar, começaremos a trabalhar”, disse McGill. “Mesmo nos primeiros meses após o comissionamento, esperamos começar a identificar eventos promissores”.
Mesmo um punhado de descobertas confirmadas poderia melhorar significativamente os modelos de explosões estelares e o comportamento da matéria sob condições extremas.
“Não sabemos a distribuição de massa das estrelas de nêutrons, dos buracos negros, ou onde termina um e começa o outro”, disse McGill. “Roman realmente fará um grande avanço aqui.”
População escondida esperando para ser descoberta
Até agora, os astrónomos descobriram apenas alguns milhares de estrelas de neutrões, a maioria das quais foram detectadas como pulsares. No entanto, os cientistas estimam que a Via Láctea pode conter dezenas a centenas de milhões de estrelas de nêutrons. Os investigadores também só podem medir a massa das estrelas de neutrões em sistemas estelares binários onde os dois objetos orbitam um ao outro.
“O que estamos vendo é uma pequena amostra e não representa o 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 as inesperadas vantagens científicas da missão romana. Embora as pesquisas do telescópio tenham sido originalmente concebidas principalmente para descobrir exoplanetas através de microlentes fotométricas, a sua precisão astrométrica avançada pode abrir a porta a descobertas inteiramente novas.
“Isso não fazia parte do plano original”, disse McGill. “Mas acontece que as capacidades astrométricas de Roman são realmente boas na detecção de estrelas de nêutrons e buracos negros, então podemos adicionar um tipo totalmente novo de ciência às investigações de Roman.”
Se as suas previsões estiverem corretas, Lohmann poderá fornecer as primeiras estrelas de nêutrons isoladas detectadas puramente através de efeitos gravitacionais. Espera-se que a missão expanda significativamente o estudo de 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 Roman é gerenciado 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; o Instituto de Tecnologia da Califórnia/IPAC, Pasadena, Califórnia; o Instituto de Ciências do Telescópio Espacial em Baltimore; e uma equipe científica de 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.
