Quando duas estrelas de nêutrons se aproximam e finalmente colidem, o resultado está entre os fenômenos mais violentos do universo. Agora, novas simulações feitas em supercomputadores mostram que momentos antes desse choque cataclísmico podem produzir sinais eletromagnéticos intensos que talvez possam ser detectados por telescópios no futuro.
Estrelas de nêutrons são os remanescentes ultradensos deixados após a explosão de uma supernova. Apesar de terem apenas alguns quilômetros de diâmetro, podem possuir massa superior à do Sol. Sua densidade é tão extrema que uma pequena quantidade de material de uma dessas estrelas pesaria bilhões de toneladas.
Além disso, esses objetos possuem campos magnéticos incrivelmente fortes, formados durante o colapso da estrela original.
Quando duas estrelas de nêutrons orbitam uma à outra, elas gradualmente se aproximam ao longo de centenas de milhões de anos. O momento final da fusão, porém, acontece em apenas alguns milissegundos.
Esse processo gera uma explosão conhecida como kilonova e pode produzir também uma breve explosão de raios gama, considerada um dos eventos mais energéticos do cosmos.
Dependendo das condições, o resultado da fusão pode ser uma estrela de nêutrons mais massiva ou o nascimento de um buraco negro.
Apesar de várias observações recentes desses eventos, o interior das estrelas de nêutrons continua sendo um dos maiores mistérios da astrofísica.
Um novo estudo publicado no The Astrophysical Journal utilizou simulações em supercomputadores para investigar o que acontece nas últimas órbitas antes da fusão.
Os pesquisadores modelaram a interação entre as magnetosferas das estrelas, regiões repletas de plasma e dominadas por campos magnéticos extremamente intensos.
À medida que as estrelas se aproximam, essas magnetosferas começam a interagir de forma caótica. Linhas de campo magnético se conectam, se rompem e se reorganizam rapidamente enquanto correntes elétricas percorrem o plasma a velocidades próximas à da luz.
Esse comportamento foi analisado com simulações realizadas no supercomputador Pleiades da NASA.
Os cientistas concentraram suas análises nos últimos 7,7 milissegundos antes da colisão.
Nesse curto intervalo de tempo, as interações magnéticas tornam-se extremamente violentas. As simulações indicam que partículas podem ser aceleradas a energias enormes, produzindo fótons de raios gama com energias que podem chegar à faixa de teraelétron-volt e até petaelétron-volt.
Esses valores representam alguns dos níveis de energia mais altos conhecidos na física.
Entretanto, a maioria desses fótons extremamente energéticos provavelmente não consegue escapar do ambiente turbulento ao redor da fusão.
Durante o processo, elétrons acelerados podem produzir radiação ao se mover ao longo de campos magnéticos curvos. Esse fenômeno, conhecido como radiação de curvatura, gera raios gama que podem interagir com o próprio campo magnético.
Quando isso ocorre, os fótons podem se transformar em pares de partículas formados por um elétron e um pósitron.
Esse mecanismo impede que os raios gama de energia mais extrema escapem do sistema. Por outro lado, radiação de menor energia, na faixa de megaelétron-volt e raios X, pode conseguir atravessar a região turbulenta.
Esses sinais poderiam ser detectados pouco antes da fusão por telescópios sensíveis a esse tipo de radiação.
Os resultados sugerem que sinais eletromagnéticos podem aparecer momentos antes da colisão final, oferecendo pistas importantes sobre o comportamento dessas estrelas.
Além disso, os complexos campos magnéticos envolvidos no processo também podem influenciar os sinais de ondas gravitacionais gerados pela fusão.
Isso significa que futuras gerações de detectores de ondas gravitacionais poderão observar detalhes adicionais desses eventos extremos.
Para os cientistas, entender essas interações pode ajudar a desvendar não apenas a física das estrelas de nêutrons, mas também os processos mais energéticos do universo.
Sobre a Imagem: Esta ilustração artística mostra um par de estrelas de nêutrons em fusão. Essas fusões resultam em explosões de kilonova, deixando para trás uma estrela de nêutrons mais massiva ou um buraco negro. Pesquisadores usaram supercomputadores para simular esse tipo de evento, observar os campos magnéticos do par à medida que se entrelaçam e o tipo de sinais eletromagnéticos que emitem. Crédito da imagem: Universidade de Warwick/Mark Garlick, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=63436916
Link do Estudo: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adfbee#artAbst
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