Telescópio Espacial Roman pode revelar estrelas de nêutrons isoladas na Via Láctea

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

Apesar disso, menos de 4.000 já foram confirmados. A maior parte pertence ao tipo que gira rapidamente, com feixes de rádio que varrem o espaço e, por acaso, passam pela Terra. Os demais seguem invisíveis.

Um novo estudo propõe uma forma de encontrá-los usando a gravidade como ferramenta de detecção e aproveitando um telescópio concebido inicialmente para outras metas.

Cadáveres estelares escondidos

A pesquisa foi liderada por Zofia Kaczmarek, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha. O trabalho indica que essa população “sumida” pode, enfim, tornar-se observável.

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

Estrelas de nêutrons são os núcleos esmagados que sobram quando estrelas muito massivas colapsam.

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

O problema é que a maioria desses objetos ainda não confirmados não emite pulsos de rádio, nem mostra brilho em raios X, nem apresenta qualquer sinal que um telescópio capte facilmente. Elas atravessam a galáxia sem “anúncio” algum.

“Most neutron stars are relatively dim and on their own. They are incredibly hard to spot without some sort of help,” Kaczmarek disse.

Luz de estrelas que se curva

A solução se apoia na microlente, um efeito gravitacional sutil 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 a luz da estrela de fundo ao redor dele.

Para um telescópio, essa estrela distante parece ficar mais brilhante por um curto período e também um pouco deslocada de posição.

Muitos instrumentos conseguem registrar o aumento de brilho, mas bem menos conseguem medir a minúscula “oscilação” posicional que acompanha o evento.

Essa mesma abordagem levou, em 2022, à primeira confirmação de um buraco negro isolado, num artigo que estimou a massa de um objeto compacto que, de outra forma, seria invisível.

Antes disso, não existia um método para confirmar o que essas lentes escuras realmente eram.

Pesando objetos invisíveis

Como estrelas de nêutrons são muito massivas, elas curvam a luz mais do que objetos mais leves. O tamanho da oscilação posicional cresce com a massa.

Quanto maior a massa, maior a oscilação. Ao medir essa oscilação, torna-se possível “pesar” o objeto que não está emitindo luz - um detalhe especialmente poderoso.

Até hoje, astrónomos só conseguiram medir a massa de estrelas de nêutrons em sistemas binários, em que o parceiro em órbita fornece um referencial. Já as estrelas de nêutrons solitárias, vagando pelo espaço, nunca tiveram a sua massa medida.

“What's really cool about using microlensing is that you can get direct mass measurements,” disse Peter McGill, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL).

Na prática, a técnica abre uma janela para estrelas de nêutrons isoladas que nenhum outro método alcança.

O talento oculto do Telescópio Espacial Roman

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

Ainda assim, a sua precisão torna o Roman particularmente competente para detectar as diminutas oscilações de posição que denunciam a passagem de uma massa escura.

O Roman consegue medir com rara exactidão tanto o aumento de brilho quanto a oscilação de uma estrela submetida a lenteamento.

A campanha principal de microlente da missão - o Levantamento do Bojo Galáctico em Domínio do Tempo - vai acompanhar milhões de estrelas perto do centro da galáxia em intervalos de 12 minutos.

Essa cadência foi pensada para encontrar planetas, mas funciona do mesmo modo para capturar estrelas de nêutrons que atravessam o campo de visão.

Isolando candidatas a estrelas de nêutrons

A parte realmente nova do estudo veio do que as simulações mostraram. Até este trabalho, não havia um jeito limpo de separar estrelas de nêutrons isoladas do conjunto mais amplo de eventos de microlente.

Quando a equipa organizou eventos simulados segundo a duração e o tamanho da oscilação, as estrelas de nêutrons se agruparam num “ramo” característico, claramente separado do restante.

Essa assinatura só aparece quando os dois sinais são medidos em conjunto. Ou seja, um padrão que fica à vista.

Dentro desse ramo estão estrelas de nêutrons de movimento rápido, com probabilidade incomum de gerar um sinal de lenteamento bem “limpo”.

Ao seleccionar esse ramo, a expectativa é obter uma amostra de alta pureza de candidatas a estrelas de nêutrons isoladas.

Impulsos de supernovas

Estrelas de nêutrons não nascem de forma suave. A explosão de supernova que as cria nunca é perfeitamente simétrica, e esse desequilíbrio empurra a estrela de nêutrons recém-formada de lado, com força e grande velocidade.

Esses impulsos natais podem lançar o objeto a centenas de quilômetros por segundo. Há muito tempo, astrónomos suspeitam que os impulsos médios fiquem entre 96,6 e 482,8 km/s.

O catálogo do Roman pode comprovar isso. Segundo as simulações da equipa, o “ramo” muda de aparência conforme a intensidade desses impulsos.

Medir a dispersão das estrelas de nêutrons detectadas permitiria comparar modelos concorrentes de supernovas com dados observacionais.

O que o Roman pode revelar

A previsão traz um número concreto. Assim que o Roman começar o seu levantamento, a equipa espera detectar aproximadamente 100 estrelas de nêutrons isoladas.

As mudanças de brilho e a oscilação posicional de cada evento devem ser mensuráveis, o que permitiria calcular as massas a partir dos dados de lenteamento.

Isso seria inédito. Nenhuma estrela de nêutrons isolada teve a sua massa medida antes, e mesmo um único caso já ajudaria astrónomos a testar onde, de facto, está a fronteira entre estrelas de nêutrons e buracos negros.

As simulações também indicam que as observações de “preenchimento de lacunas”, com menor cadência, são decisivas.

Se elas forem descartadas, o número de eventos detectáveis cairia em cerca de 38%. O Roman está programado para ser lançado no fim de 2026.