Os astrónomos há muito que acreditam que a Via Láctea está repleta de estrelas de neutrões, os densos remanescentes deixados para trás quando estrelas massivas explodem. O problema é que a maioria desses objetos é quase impossível de ver. Um novo estudo foi publicado Astronomia e Astrofísica O próximo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA pode finalmente ser capaz de descobrir alguns deles.
Usando simulações avançadas da Via Láctea e previsões de futuras observações romanas, os pesquisadores descobriram que o telescópio espacial poderia detectar e estudar dezenas de estrelas de nêutrons isoladas através de um fenômeno conhecido como microlente gravitacional.
“A maioria dos nêutrons são relativamente fracos e isolados”, disse Zofia Kaczmarek, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, que liderou o estudo. “Eles são incrivelmente difíceis de detectar sem algum tipo de ajuda.”
Roman como detectar estrelas de nêutrons invisíveis
As estrelas de nêutrons têm mais massa que o Sol em um objeto aproximadamente do tamanho de uma cidade. Os cientistas as estudam para entender melhor como as estrelas evoluem, explodem e distribuem elementos pesados por todo o cosmos. Eles também oferecem uma rara oportunidade de investigar a matéria sob as condições mais extremas (pressão e concentração) imagináveis.
A maioria das estrelas de nêutrons ficam ocultas, a menos que apareçam como pulsares que emitem ondas de rádio ou brilhem 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 poderia encontrá-los indiretamente. Quando um objeto massivo como uma estrela de nêutrons passa na frente de uma estrela mais distante, sua gravidade curva e amplia a luz estelar de fundo. Este efeito, denominado microlente, faz com que a estrela distante pareça temporariamente mais brilhante e ligeiramente deslocada no céu.
Muitos telescópios podem detectar breves flashes de luz causados por microlentes, mas espera-se que Roman faça muito mais. O observatório medirá com precisão o aumento do brilho (fotometria) e pequenos movimentos posicionais (astrometria) da estrela de fundo.
Como as estrelas de nêutrons são relativamente pesadas, elas produzem um sinal astrométrico mais forte do que objetos menores. Isto significa que Roman pode não apenas detectar estrelas de nêutrons escondidas, mas também medir sua massa, o que é extremamente difícil de conseguir usando apenas a fotometria.
“O que é realmente legal no uso de microlentes é que você pode obter medições diretas de massa”, disse o coautor do artigo, Peter McGill, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore. “A fotometria diz-nos que algo se moveu em frente da estrela, mas é a quantidade de mudança na posição da estrela que nos diz a massa do objeto. Ao medir esse pequeno desvio no céu, podemos pesar diretamente algo que de outra forma seria invisível.”
Resolvendo o mistério da estrela de nêutrons
As observações de Roman podem ajudar os cientistas a responder a questões-chave sobre estrelas de neutrões e buracos negros, incluindo se existe uma diferença real nas suas massas. A missão poderá revelar a rapidez com que as estrelas de neutrões viajam através das galáxias.
Os pesquisadores estão particularmente interessados nos poderosos “empurrões” 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 Bulge Time Domain Survey do ROMAN, que observará repetidamente milhões de estrelas em grandes áreas do céu.
“Vamos trabalhar à medida que os dados começarem a chegar”, disse McGill. “Mesmo nos primeiros meses após o comissionamento, esperamos começar a identificar eventos promissores”.
Mesmo um pequeno número de descobertas confirmadas pode melhorar significativamente os modelos de explosões estelares e o comportamento da matéria sob condições extremas.
“Não sabemos com certeza a distribuição de massa das estrelas de nêutrons, dos buracos negros ou onde um termina e o outro começa”, disse McGill. “Roman será realmente um avanço nisso.”
Uma população escondida esperando para ser descoberta
Até agora, os astrónomos detectaram apenas alguns milhares de estrelas de neutrões, a maioria delas identificadas como pulsares. No entanto, os cientistas estimam que a Via Láctea pode conter vários milhões a dezenas de milhões de estrelas de nêutrons. Os pesquisadores só conseguiram medir a massa das estrelas de nêutrons em sistemas binários onde dois objetos orbitam um ao outro.
“Estamos analisando uma pequena amostra que não representa o quadro geral”, disse Kaczmarek. “Mesmo uma única medição de massa seria muito poderosa. Se encontrarmos apenas uma estrela de nêutrons isolada, já será incrivelmente estimulante para a nossa pesquisa.”
O estudo também destaca um benefício científico inesperado da missão romana. Embora o rastreio do telescópio tenha sido originalmente concebido para descobrir exoplanetas através de microlentes fotométricas, a sua precisão astrométrica melhorada poderá abrir a porta a um tipo totalmente novo de descoberta.
“Não fazia parte do plano original”, disse McGill. “Mas acontece que as capacidades astrométricas do ROMAN são realmente boas na detecção de estrelas de nêutrons e buracos negros, então podemos adicionar um novo tipo de ciência à pesquisa do ROMAN.”
Se as previsões estiverem corretas, Roman poderá fornecer a primeira grande coleção de estrelas de nêutrons isoladas detectadas puramente através de seus efeitos gravitacionais. Espera-se que a missão expanda drasticamente o estudo das microlentes e descubra 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 operado no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, com a participação do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia; Caltech/IPAC em Pasadena, Califórnia; Instituto de Ciências do Telescópio Espacial em Baltimore; e uma equipe científica composta por cientistas de diversas instituições de pesquisa. O principal parceiro industrial é a BAE Systems Inc. em Boulder, Colorado. L3 Harris Technologies de Rochester, Nova York; e Teledyne Scientific & Imaging em Thousand Oaks, Califórnia.
