08/06/2022 - 9:07
Nos últimos anos, os astrônomos alcançaram um marco incrível: a detecção de ondas gravitacionais, ondulações fracas no tecido do espaço e do tempo emanadas de alguns dos eventos mais cataclísmicos do universo, incluindo colisões entre buracos negros e estrelas de nêutrons. Até agora, houve mais de 90 detecções de ondas gravitacionais de tais eventos, observáveis por apenas de 0,1 a 100 segundos. No entanto, pode haver outras fontes de ondas gravitacionais, e os astrônomos ainda estão em busca de ondas gravitacionais contínuas.
- ‘Bilhar’ nos centros das galáxias pode explicar fusões de buracos negros
- Detectados buracos negros engolindo estrelas de nêutrons
- Descoberta coleção de pequenos buracos negros agrupados
As ondas gravitacionais contínuas devem ser mais fáceis de detectar, pois sua duração é muito mais longa comparada com os sinais de colisões de objetos compactos. Estrelas de nêutrons são uma possível fonte de ondas contínuas. Elas são “cadáveres” estelares que sobraram de explosões de supernovas de estrelas massivas. Após a explosão inicial, a estrela colapsa sobre si mesma, esmagando os átomos em uma bola superdensa de partículas subatômicas chamadas nêutrons – daí o nome estrela de nêutrons. O sinal de onda contínua está relacionado à rapidez com que a estrela de nêutrons está girando. Portanto, medições precisas da frequência de rotação usando telescópios mais convencionais melhorariam muito a chance de detecção dessas ondas indescritíveis.
Em um recente estudo publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, liderado pela doutoranda no ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) Shanika Galaudage, da Universidade Monash (Austrália), cientistas buscaram determinar as frequências de rotação das estrelas de nêutrons para ajudar a detectar ondas gravitacionais contínuas.
Possíveis fontes
Nesse estudo, os pesquisadores levantaram a hipótese de que as ondas gravitacionais contínuas vêm indiretamente do acúmulo gradual de matéria em uma estrela de nêutrons de uma estrela companheira de baixa massa. (Esses sistemas binários de uma estrela de nêutrons e uma estrela companheira são chamados de binários de raios X de baixa massa, ou LMXBs, na sigla em inglês.)
Se a estrela de nêutrons puder manter uma “montanha” acumulada de matéria (mesmo que apenas alguns centímetros de altura), ela produzirá ondas contínuas. A frequência dessas ondas está relacionada à velocidade com que a estrela de nêutrons está girando. Quanto mais rápido essa matéria se acumula, maior a “montanha”, produzindo ondas contínuas maiores. Sistemas que acumulam essa matéria mais rapidamente também são mais brilhantes na luz de raios X. Portanto, os LMXBs mais brilhantes são os alvos mais promissores para a detecção de ondas contínuas.
Scorpius X-1 (Sco X-1) e Cygnus X-2 (Cyg X-2) são dois dos sistemas LMXB mais brilhantes – Sco X-1 ocupa o segundo lugar em brilho de raios X em comparação com o Sol. Além de seu brilho extremo, os cientistas sabem muito sobre esses dois sistemas LMXB, tornando-os fontes ideais de ondas contínuas para estudar. Mas suas frequências de rotação ainda são desconhecidas.
“Uma maneira de determinar a velocidade com que essas estrelas de nêutrons estão girando é procurando por pulsações de raios X”, disse Shanika Galaudage. “As pulsações de raios X de estrelas de nêutrons são como faróis cósmicos. Se pudermos cronometrar o pulso, seremos imediatamente capazes de revelar sua frequência de rotação e chegar mais perto de detectar o sinal contínuo da onda gravitacional.”
“O Sco X-1 é uma das melhores perspectivas que temos para fazer uma primeira detecção de ondas gravitacionais contínuas, mas é um problema de análise de dados muito difícil”, afirmou o pesquisador do OzGrav e coautor do estudo Karl Wette, da Universidade Nacional Australiana. “Encontrar uma frequência de rotação nos dados de raios X seria como iluminar os dados das ondas gravitacionais: ‘Aqui, é aqui que deveríamos estar olhando’. O Sco X-1 seria então um favorito quente para detectar ondas gravitacionais contínuas.”
Procurando por pulsações de raios X
A equipe realizou uma busca por pulsações de raios X de Sco X-1 e Cyg X-2. Eles processaram mais de 1.000 horas de dados de raios X coletados pelo instrumento Rossi X-ray Timing Explorer. A busca usou um total de cerca de 500 horas de tempo computacional no supercomputador OzSTAR.
Infelizmente, o estudo não encontrou nenhuma evidência clara de pulsações dessas fontes LMXB. Existem várias razões pelas quais isso pode acontecer. Por exemplo, o LMXB pode ter campos magnéticos fracos que não são poderosos o suficiente para suportar pulsações detectáveis. Ou pode ser que as pulsações venham e vão ao longo do tempo, o que as tornaria difíceis de detectar. No caso do Sco X-1, poderia ser um buraco negro, que não esperaríamos que produzisse pulsações de raios X.
O estudo encontra os melhores limites de quão brilhantes essas pulsações de raios X poderiam ser se ocorressem; esses resultados podem significar que as estrelas de nêutrons não podem sustentar montanhas de matéria sob sua forte gravidade. Pesquisas futuras podem se basear nesse estudo empregando melhores técnicas de busca e dados mais sensíveis.
