Quando duas estrelas de nêutrons se aproximam e acabam se fundindo, a colisão desencadeia alguns dos processos físicos mais extremos do Universo. Em poucos instantes, enormes quantidades de matéria são comprimidas, temperaturas elevadíssimas são atingidas e o espaço-tempo sofre perturbações capazes de produzir ondas gravitacionais.
Mas essas colisões também podem transformar radicalmente os campos magnéticos das estrelas envolvidas.
Um novo estudo realizado com o supercomputador japonês Fugaku mostra que a turbulência produzida durante a fusão pode amplificar os campos magnéticos em mais de 300 vezes, em apenas alguns milissegundos.
O resultado oferece novas evidências sobre uma possível origem dos magnetares, estrelas de nêutrons que possuem os campos magnéticos mais intensos conhecidos.
A pesquisa foi conduzida por Kenta Kiuchi, Alexis Reboul-Salze, Yuichiro Sekiguchi e Masaru Shibata e teve seu artigo aceito para publicação na revista científica Physical Review Letters em setembro de 2026.
As estrelas de nêutrons são remanescentes extremamente compactos que podem se formar após a morte de estrelas massivas.
Quando o núcleo de uma dessas estrelas entra em colapso, a matéria pode ser comprimida a densidades tão elevadas que prótons e elétrons passam a formar predominantemente nêutrons.
O resultado é um objeto que concentra uma massa comparável à do Sol em uma região com apenas algumas dezenas de quilômetros de diâmetro.
Além da densidade extraordinária, essas estrelas possuem campos magnéticos muito intensos.
Entretanto, existe uma categoria ainda mais extrema.
Os magnetares são estrelas de nêutrons cujos campos magnéticos podem alcançar intensidades da ordem de 10¹⁴ a 10¹⁵ gauss, ou até superiores em determinadas estimativas.
Para comparação, o campo magnético terrestre possui intensidade de aproximadamente meio gauss próximo à superfície.
Isso significa que os campos magnéticos dos magnetares podem ser trilhões de vezes mais intensos que o campo magnético da Terra.
Esses objetos também são associados a episódios de intensa atividade, incluindo emissões de raios X e raios gama.
Alguns magnetares são considerados possíveis fontes de determinadas rajadas rápidas de rádio, sinais extremamente breves e energéticos detectados a grandes distâncias.
Apesar dessas características serem conhecidas, a formação dos campos magnéticos extremos dos magnetares ainda não é completamente compreendida.
Uma possibilidade é que eles surjam durante o colapso de estrelas massivas, quando processos associados à rotação e ao movimento da matéria amplificam o campo magnético.
Outra possibilidade envolve a fusão de duas estrelas de nêutrons.
É esse segundo cenário que o novo estudo investigou.
Em sistemas binários, duas estrelas de nêutrons podem orbitar uma à outra durante milhões ou bilhões de anos.
Ao longo desse período, elas perdem energia orbital por meio da emissão de ondas gravitacionais.
Como consequência, a distância entre as estrelas diminui gradualmente até que elas entram em contato e se fundem.
Dependendo da massa total do sistema e das propriedades da matéria extremamente densa, o resultado pode ser um buraco negro ou uma estrela de nêutrons ainda mais massiva.
Em alguns casos, a estrela resultante pode existir temporariamente antes de sofrer um novo colapso.
Em outros, dependendo de sua massa e estrutura, poderá permanecer estável por mais tempo.
O destino final depende, entre outros fatores, da chamada equação de estado da matéria nuclear, que descreve como a matéria se comporta sob pressões e densidades extremas.
Para investigar o que acontece com os campos magnéticos durante a fusão, os pesquisadores utilizaram uma simulação de altíssima resolução executada no supercomputador Fugaku.
O modelo reproduziu a colisão de duas estrelas de nêutrons com massas iguais, cada uma contendo aproximadamente 1,35 vez a massa do Sol.
Os pesquisadores também adotaram campos magnéticos iniciais de aproximadamente 3,16 trilhões de gauss, compatíveis com a faixa superior de intensidades observadas em determinados sistemas binários de estrelas de nêutrons.
A simulação levou em consideração efeitos da relatividade geral, o comportamento da matéria magnetizada e o transporte de neutrinos.
Essas partículas são produzidas em grandes quantidades durante processos astrofísicos extremos e podem transportar energia para fora das regiões mais densas.
Um dos aspectos mais importantes do trabalho foi a resolução espacial alcançada.
Nas regiões mais detalhadas, a simulação conseguiu representar estruturas com aproximadamente 6,25 metros de extensão.
Essa precisão permitiu acompanhar fenômenos turbulentos que são difíceis de reproduzir em modelos com resolução menor.
O esforço computacional também foi extraordinário, exigindo aproximadamente 530 milhões de horas de processamento somadas entre os núcleos do supercomputador.
Os resultados mostraram que o campo magnético começa a ser amplificado intensamente logo após o contato entre as duas estrelas.
A explicação está em um fenômeno conhecido como instabilidade de Kelvin-Helmholtz.
Essa instabilidade pode surgir quando duas regiões de um fluido se movimentam com velocidades diferentes.
A diferença de movimento entre elas provoca perturbações que crescem e podem formar redemoinhos e estruturas turbulentas.
Um exemplo desse fenômeno pode ser observado em determinadas formações de nuvens na atmosfera terrestre, quando camadas de ar em movimento apresentam ondulações semelhantes a ondas quebrando.
Durante a fusão de duas estrelas de nêutrons, algo semelhante acontece na região onde suas superfícies entram em contato.
A matéria das duas estrelas apresenta movimentos diferentes, produzindo uma intensa região de cisalhamento.
Essa diferença de velocidade gera turbulência e redemoinhos que distorcem, esticam e reorganizam as linhas do campo magnético.
Como o plasma é eletricamente condutor, o movimento da matéria e a evolução do campo magnético estão fortemente relacionados.
Os movimentos turbulentos transferem energia para o campo magnético, provocando sua amplificação.
Na simulação, esse processo aconteceu de maneira extremamente rápida.
Em poucos milissegundos, o campo magnético foi intensificado em grande escala dentro do remanescente da fusão.
Os pesquisadores encontraram uma amplificação de pelo menos aproximadamente 337 vezes em relação ao campo inicial.
Isso indica que a colisão pode transformar campos magnéticos inicialmente semelhantes aos encontrados em estrelas de nêutrons comuns em campos com intensidades características de magnetares.
A simulação também mostrou que a amplificação não permanece restrita a uma pequena região de contato.
A turbulência transporta e redistribui a energia magnética, permitindo que campos intensos se desenvolvam em regiões maiores do objeto resultante.
Esse comportamento é importante porque a formação de um magnetar exige mais do que um campo extremamente forte em uma área localizada.
É necessário compreender como a energia magnética se distribui pelo remanescente e como essa configuração evolui depois da fusão.
Os pesquisadores também analisaram a distribuição da energia magnética e da energia associada aos movimentos turbulentos em diferentes escalas.
Os resultados apresentaram características compatíveis com modelos conhecidos de turbulência e amplificação de campos magnéticos.
Isso fortalece a interpretação de que o processo é impulsionado por movimentos turbulentos capazes de transferir energia para o campo magnético.
Entretanto, o estudo possui limitações importantes.
A simulação acompanhou apenas os instantes iniciais da fusão, quando a amplificação magnética acontece de forma mais intensa.
Isso significa que os resultados demonstram a possibilidade de formação rápida de campos magnéticos extremamente fortes, mas não determinam por quanto tempo a estrela resultante manteria essas características.
Também não é possível concluir, apenas com esses dados, que toda fusão de estrelas de nêutrons produzirá um magnetar duradouro.
Em sistemas mais massivos, por exemplo, o remanescente pode colapsar rapidamente e formar um buraco negro.
Mesmo nesses casos, a amplificação magnética durante os primeiros milissegundos pode influenciar o comportamento da matéria e a emissão de radiação.
Os campos magnéticos intensos também podem desempenhar um papel importante na produção de jatos relativísticos associados a algumas fusões de estrelas de nêutrons.
Esses jatos são considerados uma das possíveis origens das rajadas curtas de raios gama, eventos que liberam enormes quantidades de energia em intervalos muito breves.
Entretanto, a formação de campos magnéticos fortes não significa necessariamente que um jato será produzido.
A geração desses fluxos depende também da geometria do campo magnético, da distribuição de matéria e da evolução do objeto resultante.
Outra consequência importante envolve as ondas gravitacionais.
Desde a detecção do evento GW170817, em 2017, os astrônomos sabem que a fusão de estrelas de nêutrons pode ser estudada por meio de diferentes sinais, incluindo ondas gravitacionais e radiação eletromagnética.
Esse tipo de investigação, conhecido como astronomia multimensageira, permite combinar informações sobre a dinâmica da colisão e os processos físicos que acontecem depois dela.
Compreender como os campos magnéticos evoluem durante a fusão pode ajudar os pesquisadores a interpretar melhor os sinais produzidos nesses eventos.
Também poderá contribuir para investigar a formação de elementos químicos pesados, já que parte da matéria expelida durante determinadas fusões participa de processos nucleares responsáveis pela produção de elementos como ouro e platina.
O novo estudo não demonstra que todos os magnetares se formam por colisões.
A formação desses objetos provavelmente envolve diferentes caminhos evolutivos, e ainda será necessário determinar a importância relativa de cada um deles.
Entretanto, a pesquisa apresenta uma evidência teórica importante de que fusões de estrelas de nêutrons podem produzir rapidamente campos magnéticos com intensidades compatíveis com as encontradas nos magnetares.
O próximo desafio será acompanhar a evolução desses remanescentes por períodos mais longos e investigar como os campos magnéticos se reorganizam depois dos primeiros milissegundos.
Esses estudos poderão ajudar a determinar em quais condições o objeto resultante permanece como uma estrela de nêutrons altamente magnetizada e quando acaba colapsando para formar um buraco negro.
A descoberta também reforça a importância de simulações cada vez mais detalhadas para estudar fenômenos que acontecem em regiões impossíveis de observar diretamente com a tecnologia atual.
Ao reproduzir os primeiros instantes da colisão, os pesquisadores mostraram que processos turbulentos extremamente rápidos podem transformar completamente o ambiente magnético de uma estrela de nêutrons.
E isso oferece uma nova possibilidade para compreender como alguns dos objetos mais magnéticos do Universo podem nascer.
Sobre a Imagem: Ilustração da fusão de um sistema binário de estrelas de nêutrons no exato momento em que as duas estrelas entram em contato.
Créditos da Imagem: NASA/Goddard Space Flight Center.
Artigo Científico: https://arxiv.org/abs/2606.11299