Telescópio Espacial Roman poderá encontrar estrelas de neutrões isoladas

Acredita-se que a Via Láctea contenha dezenas de milhões de remanescentes estelares mortos, possivelmente centenas de milhões.

No entanto, foram confirmados menos de 4.000. A maioria pertence ao tipo que roda sobre si próprio e cujos feixes de rádio passam pela Terra. Todos os restantes permanecem escuros.

Um novo estudo propõe uma forma de os localizar, recorrendo à gravidade como ferramenta de deteção e a um telescópio inicialmente concebido para outros fins.

Cadáveres estelares ocultos

A investigação foi liderada por Zofia Kaczmarek, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha. O estudo prevê que esta população em falta possa finalmente tornar-se visível.

A previsão depende de um futuro observatório da NASA que ainda não foi lançado.

As estrelas de neutrões são os núcleos comprimidos que permanecem após o colapso de estrelas massivas.

Cada uma concentra mais massa do que o Sol numa esfera com o tamanho de uma cidade, o que as coloca entre os objetos mais densos da natureza.

A maioria dos objetos ainda não confirmados não emite pulsos de rádio, brilho de raios X nem qualquer sinal que um telescópio possa detetar facilmente. Deslocam-se pela galáxia sem deixar anúncio da sua presença.

“Na sua maioria, as estrelas de neutrões são relativamente ténues e estão sozinhas. São incrivelmente difíceis de detetar sem algum tipo de ajuda”, afirmou Kaczmarek.

Luz estelar que se curva

O método baseia-se nas microlentes gravitacionais, um subtil efeito gravitacional previsto pela primeira vez por Einstein.

Quando um objeto massivo passa diante de uma estrela distante, a sua gravidade deforma o espaço-tempo e curva à sua volta a luz emitida pela estrela de fundo.

Para um telescópio, a estrela distante parece, durante pouco tempo, mais brilhante e ligeiramente deslocada.

Muitos instrumentos conseguem registar esse aumento de brilho, mas muito menos conseguem detetar a minúscula oscilação de posição que o acompanha.

A mesma técnica permitiu identificar, em 2022, o primeiro buraco negro isolado confirmado, num artigo que determinou a massa de um objeto compacto até então invisível.

Até esse momento, não existia forma de confirmar a verdadeira natureza destas lentes escuras.

Determinar a massa de objetos escuros

Por serem pesadas, as estrelas de neutrões curvam a luz mais do que objetos menos massivos. A dimensão da oscilação de posição aumenta em função da massa.

Uma massa superior gera uma oscilação maior. Ao medir-se essa oscilação, é possível determinar a massa do objeto invisível. Este pormenor é particularmente poderoso.

Até agora, os astrónomos apenas conseguiram determinar a massa de estrelas de neutrões em sistemas binários, nos quais a companheira em órbita fornece um ponto de referência. Nunca foram medidas as massas de estrelas de neutrões isoladas e em deslocação.

“O que é realmente interessante na utilização de microlentes gravitacionais é que permite obter medições diretas de massa”, disse Peter McGill, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL).

Esta técnica abre uma janela para as estrelas de neutrões isoladas à qual nenhum outro método consegue aceder.

A capacidade oculta do Telescópio Espacial Roman

É neste ponto que entra o Telescópio Espacial Roman. O principal observatório da NASA foi construído sobretudo para procurar exoplanetas e mapear a energia escura.

A sua precisão torna-o especialmente eficaz a detetar as pequenas oscilações de posição que denunciam a passagem de uma massa escura.

O Roman consegue medir, com uma precisão invulgar, tanto o aumento de brilho como a oscilação de uma estrela sujeita a lente gravitacional.

A principal campanha de microlentes da missão, o Levantamento Temporal do Bojo Galáctico, acompanhará milhões de estrelas perto do centro da galáxia em intervalos de 12 minutos.

Esta cadência foi concebida para encontrar planetas, mas é igualmente adequada para detetar estrelas de neutrões em deslocação.

Identificar candidatos a estrelas de neutrões

A componente inovadora da análise surgiu daquilo que as simulações revelaram. Até este estudo, não havia uma forma clara de distinguir estrelas de neutrões isoladas do conjunto mais amplo de eventos de microlentes gravitacionais.

Quando a equipa representou os eventos simulados segundo a duração e a dimensão da oscilação, as estrelas de neutrões agruparam-se numa ramificação distinta, claramente separada dos restantes objetos.

Esta característica só surge quando os dois sinais são medidos em conjunto. Uma assinatura à vista de todos.

Nessa ramificação encontram-se estrelas de neutrões de movimento rápido, com uma probabilidade invulgarmente elevada de produzirem um sinal de lente gravitacional nítido.

A seleção desta ramificação deverá produzir uma amostra de elevada pureza de candidatos a estrelas de neutrões isoladas.

Impulsos das supernovas

As estrelas de neutrões não se formam de forma suave. A explosão de supernova que cria uma delas nunca é perfeitamente simétrica. Esse desequilíbrio empurra a recém-formada estrela de neutrões para o lado, com grande força e velocidade.

Estes impulsos natais podem lançar uma estrela a centenas de quilómetros por segundo. Há muito que os astrónomos suspeitam que os impulsos médios se situam entre 60 e 300 milhas por segundo.

O catálogo do Roman poderá comprová-lo. As simulações da equipa mostram que a ramificação assume um aspeto diferente consoante a intensidade dos impulsos.

Medir a dispersão das estrelas de neutrões detetadas permitirá aos investigadores comparar modelos de supernovas concorrentes com os dados.

O que o Roman poderá revelar

A previsão apresenta uma estimativa concreta. Quando o Roman iniciar os seus levantamentos, a equipa espera identificar cerca de 100 estrelas de neutrões isoladas.

As respetivas alterações de brilho e oscilações de posição serão ambas mensuráveis, permitindo aos investigadores calcular as suas massas a partir dos dados de lente gravitacional.

Seria uma estreia. A massa de nenhuma estrela de neutrões isolada foi medida anteriormente, e até um único exemplo permitiria aos astrónomos testar onde se situa realmente a fronteira entre estrelas de neutrões e buracos negros.

As simulações também indicam que as observações de “preenchimento de lacunas”, efetuadas pelo levantamento com menor cadência, são cruciais.

Prescindir delas reduziria em cerca de 38 por cento o número de eventos detetáveis. O lançamento do Roman está previsto para o final de 2026.