Astrônomos já sabem há muito tempo que estrelas de nêutrons, os núcleos esmagados deixados para trás após a explosão de estrelas massivas, devem estar espalhados por toda a galáxia Via Láctea. No entanto, a maioria delas é efetivamente invisível. Um novo estudo publicado em Astronomy and Astrophysics sugere que o próximo Nancy Grace Roman Space Telescope da NASA poderia detectá-las de qualquer forma.
Usando simulações detalhadas da Via Láctea e das futuras observações do Roman, os pesquisadores mostraram que o observatório carro-chefe pode ser capaz de identificar e caracterizar dezenas de estrelas de nêutrons isoladas por meio de um efeito sutil chamado microlente gravitacional.
“A maioria das estrelas de nêutrons é relativamente fraca e, por conta própria, ” disse Zofia Kaczmarek, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, que liderou o estudo. “Elas são incrivelmente difíceis de detectar sem algum tipo de ajuda.”
Estrelas de nêutrons concentram mais massa do que o Sol em uma esfera com tamanho aproximado ao de uma cidade. Estudá-las ajuda a entender como as estrelas vivem, morrem e espalham elementos pesados pelo universo. Elas também oferecem uma oportunidade de investigar o que acontece sob as condições mais extremas (pressões e densidades) imagináveis.
Ainda assim, a menos que sejam pulsares que emitem em comprimentos de onda de rádio ou brilhem em raios X, elas podem permanecer ocultas até mesmo para os telescópios mais poderosos.
O Roman pode buscá-las de outra maneira. Quando um objeto massivo como uma estrela de nêutrons passa em frente a uma estrela de fundo distante, sua gravidade intensa distorce o espaço-tempo e desvia a luz da estrela de fundo. Esse efeito de microlente gravitacional faz, por um breve período, a estrela de fundo ficar mais brilhante e parecer deslocada em relação à sua posição verdadeira no céu.
Enquanto muitos telescópios conseguem detectar o aumento temporário de brilho, o Roman pode medir tanto o aumento (fotometria) quanto o pequeno deslocamento de posição (astrometria) da estrela lentificada com precisão excepcional.
A microlente gravitacional astrométrica ocorre quando um objeto em primeiro plano, como uma estrela de nêutrons, passa na frente de uma estrela de fundo mais distante. A gravidade da estrela de nêutrons curva a luz da estrela distante, dividindo-a em múltiplos caminhos que chegam ao telescópio. Embora essas imagens distorcidas não possam ser resolvidas, sua luz combinada parece mais brilhante e ligeiramente deslocada da posição verdadeira da estrela distante. À medida que o alinhamento entre os dois objetos muda com o tempo, esse deslocamento aparente traça um pequeno padrão elíptico no céu. O tamanho dessa elipse depende de quão fortemente a luz é desviada, ou seja, objetos mais massivos produzem deslocamentos maiores, permitindo que os astrônomos meçam diretamente a massa da estrela de nêutrons invisível de outro modo.
NASA, STScI, Joyce Kang (STScI)
Como as estrelas de nêutrons são relativamente massivas, elas produzem um sinal astrométrico maior do que objetos menos massivos, permitindo que missões como a Roman não apenas as detectem, mas também as pesem em alguns casos — algo quase impossível apenas com fotometria.
“O que é realmente legal ao usar microlente gravitacional é que você consegue obter medições diretas de massa”, disse Peter McGill, coautor do artigo, do Lawrence Livermore National Laboratory. “A fotometria nos diz que algo passou na frente da estrela, mas é a quantidade pela qual a posição da estrela se desloca que nos diz o quão massivo é esse objeto. Ao medir essa pequena deflexão no céu, podemos pesar diretamente algo que, de outra forma, não seria visto.”
As medições do Roman poderiam ajudar os astrônomos a determinar se existe uma lacuna real entre as massas de estrelas de nêutrons e buracos negros e a que velocidade as estrelas de nêutrons estão se movendo.
Os cientistas estão especialmente interessados em entender os poderosos “chutes” que as estrelas de nêutrons recebem quando nascem em explosões de supernova. Esses chutes podem fazê-las correr pela galáxia a centenas de quilômetros por segundo.
Grandes levantamentos, alta chance de retorno
A equipe de pesquisa vai utilizar o futuro Galactic Bulge Time Domain Survey do Roman, que monitorará milhões de estrelas ao mesmo tempo em imagens vastas do céu, obtidas em alta frequência.
“Vamos começar a trabalhar assim que os dados começarem a chegar”, disse McGill. “Mesmo nos primeiros meses após a fase de comissionamento, esperamos começar a identificar eventos promissores.”
Mesmo um número relativamente pequeno de detecções confirmadas poderia melhorar significativamente os modelos de explosões estelares e de matéria extrema.
“Não sabemos a distribuição de massas de estrelas de nêutrons, buracos negros, nem onde termina uma e começa a outra com qualquer certeza”, disse McGill. “O Roman será realmente um avanço nisso.”
Embora apenas algumas milhares de estrelas de nêutrons tenham sido detectadas até agora, principalmente como pulsares, os cientistas estimam que pode haver de dezenas de milhões a centenas de milhões na Via Láctea. Além disso, até hoje, os pesquisadores só conseguiram medir as massas de estrelas de nêutrons em pares binários.
“Estamos vendo uma amostra pequena 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, isso já seria extremamente estimulante para nossa pesquisa.”
O estudo também destaca um uso criativo das capacidades da missão. Embora o levantamento do Roman seja projetado principalmente para encontrar exoplanetas usando microlente gravitacional fotométrica, suas poderosas capacidades astrométricas abrem a porta para descobertas totalmente novas com microlente gravitacional astrométrica.
“Isso não fazia parte do plano original”, disse McGill. “Mas acontece que a capacidade astrométrica do Roman é realmente boa para detectar estrelas de nêutrons e buracos negros, então podemos adicionar um tipo totalmente novo de ciência aos levantamentos do Roman.”
Se as previsões se confirmarem, a missão poderá fornecer a primeira grande amostra de estrelas de nêutrons isoladas descobertas apenas por sua gravidade, revelando uma população oculta que permaneceu fora do alcance até agora. Espera-se que o Nancy Grace Roman Space Telescope transforme o estudo de microlente gravitacional e de populações ocultas de objetos em nossa galáxia — de exoplanetas fugitivos a remanescentes estelares como estrelas de nêutrons.
O Nancy Grace Roman Space Telescope é gerenciado no Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland, com participação do NASA’s Jet Propulsion Laboratory, na Califórnia do Sul; do Caltech/IPAC, em Pasadena, Califórnia; do Space Telescope Science Institute, em Baltimore; e de uma equipe científica composta por cientistas de várias 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.
Para saber mais sobre o Roman, visite:
https://nasa.gov/roman
Por Hannah Braun Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
hbraun@stsci.edu
Contatos de mídia:
Claire Andreoli
NASA’s Goddard Space Flight Center
, Greenbelt, Md.
301-286-1940
Christine Pulliam Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
cpulliam@stsci.edu
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