Telescópio Espacial Roman pode revelar estrelas de neutrões isoladas

Pensa-se que a Via Láctea contenha dezenas de milhões de remanescentes de estrelas mortas, possivelmente centenas de milhões.

No entanto, alguma vez foram confirmados menos de 4.000. A maioria é composta por objetos em rotação, cujos feixes de rádio passam pela Terra. Os restantes permanecem invisíveis.

Um novo estudo aponta para uma forma de os encontrar, usando a gravidade como instrumento de deteção e um telescópio originalmente 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 esmagados que permanecem quando estrelas de grande massa colapsam.

Cada uma concentra mais massa do que o Sol numa esfera do tamanho de uma cidade, estando por isso entre os objetos mais densos da natureza.

A maioria dos objetos ainda não confirmados não emite pulsos de rádio, brilho em raios X nem qualquer sinal facilmente detetável por um telescópio. Deslocam-se pela galáxia sem revelar a sua presença.

«A maioria das estrelas de neutrões é relativamente pouco luminosa e encontra-se isolada. São incrivelmente difíceis de detetar sem algum tipo de ajuda», afirmou Kaczmarek.

A luz estelar que se curva

O método baseia-se nas microlentes gravitacionais, um pequeno efeito da gravidade previsto inicialmente por Einstein.

Quando um objeto de grande massa passa à frente de uma estrela distante, a sua gravidade deforma o espaço-tempo e curva à sua volta a luz da estrela que está por trás.

Do ponto de vista de um telescópio, a estrela distante parece ficar temporariamente mais brilhante e ligeiramente deslocada.

Muitos telescópios conseguem detetar o aumento de brilho, mas são muito menos os capazes de medir a minúscula oscilação de posição que o acompanha.

A mesma abordagem permitiu revelar o primeiro buraco negro isolado confirmado, em 2022, num artigo que determinou a massa de um objeto compacto que, de outro modo, seria invisível.

Até então, não havia forma de confirmar o que eram realmente estas lentes escuras.

Determinar a massa de objetos escuros

Por terem muita massa, as estrelas de neutrões desviam a luz mais do que os objetos menos maciços. A amplitude da oscilação de posição varia em função da massa.

Quanto maior for a massa, maior é a oscilação. Ao medi-la, é possível determinar a massa do objeto invisível. Esse detalhe confere ao método um poder invulgar.

Até agora, os astrónomos só determinaram a massa de estrelas de neutrões em sistemas binários, nos quais um objeto companheiro em órbita fornece um ponto de referência. Nunca foi medida a massa de estrelas de neutrões isoladas que vagueiam pelo espaço.

«O que é realmente fascinante na utilização de microlentes gravitacionais é que se podem obter medições diretas da massa», disse Peter McGill, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL).

A técnica abre uma janela para estrelas de neutrões isoladas que nenhum outro método consegue alcançar.

O talento oculto do telescópio Roman

É aqui que entra o Telescópio Espacial Roman. Este grande observatório da NASA foi construído principalmente para procurar exoplanetas e mapear a energia escura.

A sua precisão torna-o particularmente apto a detetar as minúsculas oscilações de posição que denunciam a passagem de uma massa escura.

O Roman consegue medir, com uma precisão rara, tanto o aumento de brilho como a oscilação de posição de uma estrela afetada por uma 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 frequência de observação foi definida para encontrar planetas, mas é igualmente eficaz na deteção de estrelas de neutrões em movimento.

Isolar candidatas a estrelas de neutrões

A novidade da análise surgiu do que as simulações revelaram. Até este estudo, não existia uma forma clara de separar as estrelas de neutrões isoladas do conjunto mais vasto de eventos de microlente gravitacional.

Quando a equipa representou os eventos simulados segundo a sua duração e a amplitude da oscilação, as estrelas de neutrões agruparam-se numa ramificação característica, claramente separada das restantes.

Esta característica só aparece quando os dois sinais são medidos em conjunto: uma assinatura que estava à vista de todos.

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

A seleção da ramificação deverá fornecer uma amostra de elevada pureza de candidatas a estrelas de neutrões isoladas.

Impulsos das supernovas

As estrelas de neutrões não se formam de forma suave. A explosão de supernova que dá origem a uma delas nunca é perfeitamente simétrica. Esse desequilíbrio empurra a nova estrela de neutrões lateralmente, com força e a grande velocidade.

Estes impulsos natais podem lançar uma estrela a centenas de quilómetros por segundo. Há muito que os astrónomos suspeitam que os impulsos médios correspondam a velocidades entre cerca de 97 e 483 quilómetros por segundo.

O catálogo do Roman poderá confirmá-lo. As simulações da equipa mostram que o aspeto da ramificação muda consoante a intensidade dos impulsos.

Ao medir a dispersão das estrelas de neutrões detetadas, os investigadores poderão confrontar modelos concorrentes de supernovas com os dados.

O que o Roman poderá revelar

A previsão inclui um número concreto: assim que o Roman começar o levantamento, a equipa espera detetar cerca de 100 estrelas de neutrões isoladas.

Tanto as variações de brilho como a oscilação de posição poderão ser medidas, permitindo aos investigadores calcular as massas a partir dos dados de lente gravitacional.

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

As simulações também mostram que as observações do levantamento destinadas a preencher intervalos, feitas com menor frequência, são fundamentais.

Sem elas, o número de eventos detetáveis cairia cerca de 38 por cento. O lançamento do Roman está previsto para o final de 2026.