Estrela selvagem descoberta a girar incríveis 716 vezes por segundo

Uma estrela “morta”, a cerca de 27 400 anos-luz, parece estar a protagonizar uma das mais impressionantes “pistas de dança” estelares alguma vez observadas.

No sistema binário 4U 1820-30, uma estrela de neutrões roda tão rapidamente em torno do seu próprio eixo que completa 716 rotações por segundo - um valor extraordinário. Até hoje, não foi identificada nenhuma estrela a girar mais depressa, e apenas o conhecido púlsar PSR J1748-2446ad foi medido com uma rotação desse nível.

Uma equipa liderada pelo astrofísico Gaurava Jaisawal, da Universidade Técnica da Dinamarca, considera que este resultado reforça o limite superior teórico para a velocidade de rotação de estrelas de neutrões, que se estima rondar 730 rotações por segundo.

“Estávamos a analisar explosões termonucleares neste sistema e acabámos por detetar oscilações fora do comum”, explica Jaisawal.
“Se observações futuras o confirmarem, a estrela de neutrões de 4U 1820-30 será um dos objetos com rotação mais rápida alguma vez registados no Universo.”

Estrela de neutrões 4U 1820-30: uma rotação extrema a 716 rotações por segundo

As estrelas de neutrões representam uma das etapas finais da evolução de estrelas massivas.

Quando uma estrela com cerca de 8 a 30 massas solares esgota os átomos que ainda consegue fundir no núcleo, pode explodir numa supernova (embora nem sempre o desfecho seja tão “explosivo”), lançando para o espaço as camadas externas. Já o núcleo, sem a pressão para contrariar a gravidade - anteriormente sustentada pela fusão - colapsa sobre si próprio.

O resultado desse colapso é uma estrela de neutrões: um objeto com aproximadamente 1,1 a 2,3 massas solares, comprimidas numa esfera minúscula com cerca de 20 quilómetros de diâmetro (aprox. 19,3 km). Chamar-lhe “densa” é pouco; no seu interior, a matéria pode comportar-se de forma estranha - e o mesmo vale para o que observamos à superfície e no seu ambiente.

Para descrever essas diferenças, usamos várias designações. Um magnetar é uma estrela de neutrões com um campo magnético absurdamente intenso. Já um púlsar é uma estrela de neutrões que gira a grande velocidade e emite feixes a partir dos polos; à distância, esses feixes parecem “piscar” com regularidade, como um farol cósmico.

Um aspeto essencial nestes sistemas é o “impulso” extra que a estrela de neutrões pode ganhar: em sistemas binários com transferência de massa, o material que cai sobre a estrela não só aquece como também transporta momento angular, acelerando progressivamente a rotação. É precisamente este processo que pode levar a rotações tão elevadas - até um ponto em que o objeto se aproxima do limite em que se tornaria instável.

Um par apertado: anã branca e estrela de neutrões no sistema binário 4U 1820-30

Sabemos que o 4U 1820-30 existe pelo menos desde a década de 1980. Trata-se de um sistema na constelação de Sagitário, composto por uma estrela de neutrões e uma anã branca, em órbita extremamente compacta, com um período de apenas 11,4 minutos.

Como as duas estrelas estão tão próximas, a estrela de neutrões consegue “canibalizar” a companheira: arranca-lhe matéria, que acaba por se acumular na sua própria superfície.

À medida que esse material se vai depositando, torna-se cada vez mais denso e quente, até que, em determinado momento, ocorre uma espécie de “espirro” violento: uma explosão termonuclear que ejeta energia de forma abrupta.

NICER, raios X e explosões termonucleares na Estação Espacial Internacional

Foi precisamente este tipo de explosões que Jaisawal e colegas procuraram caracterizar, recorrendo ao NICER (Explorador da Composição do Interior de Estrelas de Neutrões), um telescópio de raios X instalado na Estação Espacial Internacional.

Segundo o astrofísico Jerome Chenevez, também da Universidade Técnica da Dinamarca, estes eventos são extremos:

“Durante estas explosões, a estrela de neutrões pode tornar-se até 100 000 vezes mais brilhante do que o Sol, libertando uma quantidade imensa de energia.”

Chenevez acrescenta que estudar estes episódios ajuda a compreender melhor os ciclos de vida de sistemas binários e a formação de elementos no Universo, já que as condições físicas envolvidas estão muito para lá do que conseguimos reproduzir em laboratório.

Uma assinatura a 716 Hz: possível púlsar de raios X alimentado por explosões

A equipa registou 15 explosões termonucleares entre 2017 e 2022. No entanto, ao examinar os dados, surgiu um detalhe inesperado: numa das explosões apareceu uma assinatura invulgar - uma oscilação com frequência de 716 hertz.

A leitura mais provável, segundo os investigadores, é que essa oscilação reflete a própria rotação da estrela de neutrões enquanto a explosão ocorre.

Se assim for, a estrela de neutrões de 4U 1820-30 poderá ser um púlsar de raios X com 716 rotações por segundo, cuja emissão estaria associada a explosões termonucleares. Como o PSR J1748-2446ad é um púlsar de rádio, isso faria do 4U 1820-30 o púlsar alimentado por energia nuclear mais rápido conhecido.

Para consolidar esta interpretação, serão necessárias novas observações e a repetição do sinal em eventos adicionais, de modo a excluir coincidências e confirmar a estabilidade do período. Se a confirmação chegar, o fenómeno passará a ser uma ferramenta valiosa para investigar estrelas de neutrões - incluindo até onde podem ir antes de atingirem limites físicos que as tornem instáveis ou conduzam a processos de autodestruição.

O estudo foi publicado no Jornal Astrofísico.