Os padrões de superfície para diferentes modos de torção. Clique para ampliar
Uma explosão maciça na superfície de uma estrela de nêutrons deu aos astrônomos a oportunidade de espiar dentro de sua superfície, semelhante à forma como os geólogos entendem a estrutura da Terra sob nossos pés. A explosão sacudiu a estrela de nêutrons e a fez tocar como um sino. As vibrações passaram então por camadas de diferentes densidades - lamacentas ou sólidas - alterando os raios-X que fluem. Os astrônomos calcularam que ela tem uma crosta mais espessa com aproximadamente 1,6 km de profundidade, correspondendo a estimativas teóricas.
Uma equipe de cientistas alemães dos EUA do Instituto Max Planck de Astrofísica e da NASA usou o Rossi X-Timing Explorer da NASA para estimar a profundidade da crosta de uma estrela de nêutrons, o objeto mais denso conhecido no universo. A crosta, dizem eles, tem aproximadamente 1,6 km de profundidade e é tão compactada que uma colher de chá desse material pesaria cerca de 10 milhões de toneladas na Terra.
Essa medida, a primeira desse tipo, foi cortesia de uma grande explosão em uma estrela de nêutrons em dezembro de 2004. As vibrações da explosão revelaram detalhes sobre a composição da estrela. A técnica é análoga à sismologia, o estudo de ondas sísmicas de terremotos e explosões, que revelam a estrutura da crosta e do interior da Terra.
Essa nova técnica de sismologia fornece uma maneira de sondar o interior de uma estrela de nêutrons, um lugar de grande mistério e especulação. A pressão e a densidade são tão intensas aqui que o núcleo pode abrigar partículas exóticas que se pensa existirem apenas no momento do Big Bang.
A Dra. Anna Watts, do Instituto Max Planck de Astrofísica em Garching, realizou esta pesquisa em colaboração com o Dr. Tod Strohmayer do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland.
"Achamos que essa explosão, a maior do tipo já observada, realmente sacudiu a estrela e literalmente começou a tocar como um sino", disse Strohmayer. “As vibrações criadas na explosão, embora fracas, fornecem pistas muito específicas sobre o que esses objetos bizarros são feitos. Assim como um sino, o anel de uma estrela de nêutrons depende de como as ondas passam através de camadas de diferentes densidades, lamacentas ou sólidas. "
Uma estrela de nêutrons é o núcleo remanescente de uma estrela uma vez várias vezes mais massiva que o sol. Uma estrela de nêutrons contém cerca de 1,4 massas solares de material amontoado em uma esfera com apenas 20 quilômetros de diâmetro. Os dois cientistas examinaram uma estrela de nêutrons chamada SGR 1806-20, situada a cerca de 40.000 anos-luz da Terra na constelação de Sagitário. O objeto está em uma subclasse de estrelas de nêutrons altamente magnéticas chamadas magnetares.
Em 27 de dezembro de 2004, a superfície da SGR 1806-20 sofreu uma explosão sem precedentes, o evento mais brilhante já visto além do nosso sistema solar. A explosão, chamada hiperflare, foi causada por uma mudança repentina no poderoso campo magnético da estrela que quebrou a crosta, provavelmente produzindo um grande terremoto. O evento foi detectado por muitos observatórios espaciais, incluindo o Rossi Explorer, que observou a emissão de raios-X.
Strohmayer e Watts pensam que as oscilações são evidências de vibrações torcionais globais dentro da crosta da estrela. Essas vibrações são análogas às ondas S observadas durante os terremotos terrestres, como uma onda se movendo através de uma corda. O estudo deles, baseado nas observações de vibrações dessa fonte pelo Dr. GianLuca Israel, do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália, encontrou várias novas frequências durante o hiperfluxo.
Watts e Strohmayer confirmaram suas medidas subseqüentemente usando o Espectroscópico Solar Ramaty High Energy da NASA, um observatório solar que também registrou o hiperflare, e encontraram a primeira evidência de uma oscilação de alta frequência em 625 Hz, indicativa de ondas atravessando a crosta verticalmente.
A abundância de frequências - semelhante a um acorde, em oposição a uma única nota - permitiu aos cientistas estimar a profundidade da crosta estelar de nêutrons. Isso se baseia na comparação de frequências de ondas que viajam ao redor da crosta da estrela e daquelas que viajam radialmente através dela. O diâmetro de uma estrela de nêutrons é incerto, mas com base na estimativa de cerca de 20 quilômetros de diâmetro, a crosta teria cerca de 1,6 quilômetros de profundidade. Este valor, com base nas frequências observadas, está alinhado com as estimativas teóricas.
A sismologia de Starquake é uma grande promessa para determinar muitas propriedades de estrelas de nêutrons. Strohmayer e Watts analisaram dados arquivados de Rossi de um hiperflare magnetar mais escuro de 1998 (da SGR 1900 + 14) e encontraram oscilações reveladoras aqui também, embora não sejam fortes o suficiente para determinar a espessura da crosta.
Uma explosão maior de estrela de nêutrons detectada em raios-X pode revelar segredos mais profundos, como a natureza da matéria no núcleo da estrela. Uma possibilidade interessante é que o núcleo possa conter quarks livres. Quarks são os blocos de construção de prótons e nêutrons e, em condições normais, estão sempre fortemente unidos. Encontrar evidências para quarks livres ajudaria a entender a verdadeira natureza da matéria e da energia. Os laboratórios da Terra, incluindo aceleradores massivos de partículas, não podem gerar as energias necessárias para revelar quarks livres.
"As estrelas de nêutrons são ótimos laboratórios para o estudo da física extrema", disse Watts. "Gostaríamos de poder abrir uma, mas como isso provavelmente não vai acontecer, observar os efeitos de um hiperflare magnetar em uma estrela de nêutrons é talvez a próxima melhor coisa."
Fonte original: Max Planck Society
