Durante mais de 20 anos, os astrónomos ficaram intrigados com um padrão fascinante de faixas brilhantes e uniformemente espaçadas nas ondas de rádio do pulsar caranguejo, um denso remanescente de supernova registado em 1054 por astrónomos chineses e japoneses.
Em 2024, um astrônomo teórico da Universidade do Kansas propôs uma solução que explicava grande parte desse padrão incomum de “zebra”. Agora, através de uma análise refinada, ele identificou o efeito de lente da gravidade como o ingrediente final que faltava para explicar completamente o fenómeno.
“A gravidade muda a forma do espaço-tempo”, disse Mikhail Medvedev, professor de física e astronomia da KU, que apresentará suas descobertas na Cúpula Global de Física de 2026 da American Physical Society, de 15 a 20 de março, no Centro de Convenções do Colorado, em Denver.
Um artigo relacionado, aceito pelo Journal of Plasma Physics, revisado por pares, 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. “O que seria reto no espaço-tempo plano torna-se curvo na presença de forte gravidade. Nesse sentido, a gravidade atua como uma lente no espaço-tempo curvo.”
Gravidade e plasma criam um cabo de guerra cósmico único
Embora as lentes gravitacionais sejam bem conhecidas no estudo de buracos negros, Medvedev disse que este é o primeiro caso observado em que a gravidade e o plasma trabalham juntos para moldar um sinal detectado no espaço.
“Nas imagens de buracos negros, apenas a gravidade molda a estrutura”, disse ele. “No pulsar do Caranguejo, a gravidade e o plasma trabalham juntos. Isto representa a primeira aplicação no mundo real deste efeito combinado.”
O Pulsar do Caranguejo fica no centro da Nebulosa do Caranguejo, no Braço de Perseu da Via Láctea, a cerca de 6.500 anos-luz 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.
Um sinal peculiar diferente de qualquer outro pulsar
Medvedev descreveu o sinal do pulsar como altamente incomum. Em vez de um espectro contínuo como a luz solar, que se espalha suavemente por todas as cores, o pulsar do Caranguejo produz bandas distintas e separadas.
“Há um padrão notável no espectro dos pulsares”, disse Medvedev. “Ao contrário de um amplo espectro normal – como a luz solar, que tem uma gama contínua de cores – os caranguejos mostram bandas espectrais discretas entre pulsos de alta frequência. Se for um arco-íris, parece que apenas certas ‘cores’ são visíveis, nada entre elas.”
A maioria dos pulsares emite ondas de rádio ruidosas e espalhadas por frequências. Os pulsares do caranguejo se destacam com listras bem definidas separadas pela escuridão total.
“As listras são completamente diferentes e há escuridão completa nelas”, disse Medvedev. “Há uma banda brilhante, depois nada, uma banda brilhante, nada. Nenhum outro pulsar mostra tais estrias. Esta singularidade torna o pulsar do Caranguejo particularmente interessante – e desafiador – de entender.”
A gravidade fornece a peça que faltava
Versões anteriores do modelo de Medvedev conseguiam reproduzir o padrão listrado, mas não correspondiam ao forte contraste observado em observações reais. Sua pesquisa mostrou que o plasma ao redor do pulsar espalha ondas eletromagnéticas dobrando-se e espalhando-se, ajudando a formar o padrão.
Agora, acrescentando a teoria da gravidade de Einstein ao modelo, ele explicou o contraste que faltava.
“Modelos teóricos anteriores podem reproduzir as listras, mas não com o contraste observado. A inclusão da gravidade fornece a peça que faltava”, disse Medvedev. “O plasma na magnetosfera do pulsar pode ser considerado uma lente – mas uma lente de desfocagem. A gravidade, pelo contrário, actua como uma lente de focagem. O plasma tende a espalhar os raios de luz; a gravidade puxa-os para dentro. Quando estes dois efeitos se sobrepõem, criam caminhos específicos um para o outro.”
Padrões de interferência formam listras de zebra
A interação entre o plasma e a gravidade cria múltiplos caminhos para as ondas de rádio do pulsar. Quando esses caminhos estão alinhados, as ondas podem reforçar-se ou anular-se mutuamente, criando um padrão de faixas claras e escuras.
Os pesquisadores da KU dizem que a combinação de um plasma magnetosférico desfocado e uma gravidade focalizada 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.
“Por simetria, existem pelo menos dois caminhos para a luz”, disse ele. “Quando dois caminhos quase idênticos trazem luz a um observador, criam um interferómetro. Os sinais combinam-se. Em algumas frequências, reforçam-se mutuamente (em fase), criando bandas brilhantes. Noutras, cancelam-se (fora de fase), criando escuridão. Esta é a essência do padrão de interferência.”
Uma nova ferramenta para estudar estrelas de nêutrons
Medvedev acredita que o mecanismo básico por trás das listras de zebra é agora amplamente compreendido, embora refinamentos adicionais possam melhorar a precisão.
“Parece que pouca física adicional é necessária para explicar qualitativamente as listras”, disse Medvedev. “Quantitativamente, pode haver refinamentos. Por exemplo, os tratamentos atuais incluem a gravidade em uma aproximação fixa de ordem inferior. Os pulsares giram e os efeitos de rotação podem causar mudanças quantitativas, embora não qualitativas.”
Este novo modelo poderá dar aos cientistas uma forma poderosa de estudar sistemas gravitacionais rotativos e compreender melhor os pulsares, que normalmente são difíceis de visualizar diretamente. Também pode ajudar a mapear como a matéria está distribuída em torno das estrelas de nêutrons e até mesmo fornecer pistas sobre sua composição interna através de sua influência gravitacional.
