Brasil - Sexta, 24 Março 2017

Estrela de Nêutrons

Dando continuidade à série de artigos sobre astronomia, trazemos esta semana o tema Estrelas de Nêutrons (por Thiago Guimarães - dragunovsvd.09@gmail.com), destino final de estrelas entre 1,4 e 2,5 vezes o tamanho do nosso Sol.

A estrela de nêutrons é um corpo celeste supermassivo, ultra compacto e com gravidade extremamente alta. Segundo estudos matemáticos e simulações virtuais, existem dois tipos de estrelas de nêutrons, a estrela de nêutron normal, que tem gravidade superficial relativamente fraca, e a estrela de nêutrons ultra compacta, com gravidade superficial extremamente alta.

Devido à alta densidade deste tipo de corpo celeste, os feixes de luz que passam próximos às estrelas de nêutrons são desviados, ocasionando distorções visuais, muitas vezes aberrações cromáticas ou o efeito chamado lente gravitacional.
Basicamente, para se entender os efeitos gravitacionais no ambiente próximo a uma estrela de nêutrons, existem dois pré-requisitos necessários: a densidade e a gravidade.

Formação

Alguns tipos de estrelas, ao chegarem ao final de suas vidas, após ocorrerem períodos turbulentos, onde muitas vezes explosões violentas ejetam matéria para o espaço, adquirem a forma de uma estrela de nêutrons.

Na estrela de nêutrons a atividade de explosões nucleares acabou. A força de gravidade se torna imensa e comprime a matéria dentro de uma esfera de raio muito pequeno, algumas dezenas de quilômetros.

A matéria que anteriormente estava sob a forma de hidrogênio, hélio, etc; agora perde suas características de carga e seus elétrons devido aos efeitos de pressões enormes e tudo é puxado para o núcleo dos átomos e são convertidos em nêutrons. Estes nêutrons estão tão comprimidos devido à pressão que a estrela de nêutrons se converte praticamente em um nêutron gigantesco.

Características

Este corpo é extremamente massivo e gira muito rápido, seu período de rotação varia de milésimos de segundos!

Estas estrelas possuem um campo magnético muito forte, a pouca radiação que escapa da sua superfície, são ondas de rádio, raios gama, etc.
Estes feixes de radiação pulsam devido à rotação da estrela.

modelo da estrela de neutrons

O interior de uma estrela de nêutrons consiste de um núcleo grande formado basicamente por nêutrons e um pequeno número de prótons supercondutores. Novamente, a baixas temperaturas, os prótons supercondutores, combinados com a alta velocidade de rotação da estrela, produzem um efeito dínamo, semelhante ao responsável pelo campo magnético da Terra. Ao redor do núcleo encontra-se um manto de nêutrons, seguido por uma camada de núcleos de ferro e elétrons livres.


Forma de detecção

Conseguimos observar esta radiação pulsante nos nossos detectores de rádio, um pulso periódico e muito preciso, mais preciso que o melhor de nossos relógios atômicos.
O primeiro pulsar foi descoberto acidentalmente no final da década de 60, cientistas buscavam fontes de rádio que estivessem distantes, utilizaram para isso um radiotelescópio especial, sensível a ondas de rádio de rápida variabilidade que havia sido construído. Encontraram um objeto que emitia pulsos de radiação extremamente precisos, por causa dessa precisão de pulso suspeitaram até mesmo de um sinal alienígena.
vista colorida do pulsar na nebulosa do caranguejo
 
Créditos da imagem: NASA/CXC/ASU/J. Hester e equipe;


Estrelas de nêutrons binárias

O pulsar PSR 913+16 é um sistema orbitado por estrelas de nêutrons com uma separação máxima de apenas um raio solar entre elas.
Possui movimentos rápidos indicam que o período orbital desse sistema deve diminuir relativamente rápido, tendo em vista seu forte sinal de onda gravitacional, desde 1975 o período já diminuiu 10 segundos.

Pulsares

Qualquer estrela possui um campo magnético que em geral é fraco, mas quando o núcleo de uma estrela é comprimido até se tornar uma estrela de nêutrons, o seu campo magnético também sobre compressão, com isso as linhas de campo magnético ficam mais densas, dessa forma tornam o campo magnético muito intenso, esse forte campo junto com a alta velocidade de rotação passam a produzir fortes correntes elétricas na superfície da estrela de nêutrons.

Os prótons e elétrons que estão ligados de maneira “fraca” à superfície dessas estrelas são impulsionados para fora e fluem, pelas linhas do campo magnético, até os pólos norte e sul da estrela. O eixo eletromagnético da estrela de nêutrons não necessita estar alinhado com o eixo de rotação.
Essas estrelas possuem duas fontes de radiação eletromagnética:
A primeira é a radiação síncrotron que não é térmica, ela é emitida por partículas presas ao campo magnético dessas estrelas.
A segunda é a radiação térmica que composta por raios-x, radiação ótica e etc. Essa radiação ocorre devido ao choque de partículas com a superfície junto aos pólos dessa estrelas.
Com o desalinhamento entre os pólos magnéticos, emite uma enorme quantidade de radiação, e graças ao eixo de rotação, a luz emitida pelos pólos varre diferentes direções no espaço, sendo assim só podemos detectar as estrelas de nêutrons quando nosso planeta esta na direção da radiação emitida pela estrela, e essa radiação recebe o nome de pulso, pois vem até nós como uma série de pulsos eletromagnéticos.

Discos de acresção

No caso de uma supernova ocorrer em sistema binário, à companheira da supernova pode sofrer alguns danos em suas camadas superficiais e mesmo assim continuar sua vida, com isso uma estrela de nêutrons será formada próxima à outra estrela, quando está estrela evoluir para uma gigante vermelha, o seu gás irá espiralar em direção a estrela de nêutrons. Esse gás que é tragado pela estrela de nêutrons formará um espesso disco ao redor dela, esse disco é chamado de disco de acresção.
Por causa do Atrito que existe entre camadas de gás nas órbitas próximas ao longo do disco de acresção leva à perda de momento angular e ao movimento de queda em espiral em direção à superfície da estrela de nêutrons. O gás em espiral sem move em direção ao campo gravitacional da estrela de nêutrons, então sua energia gravitacional é convertida na forma de energia térmica dentro do disco de acresção.
Na parte interna do disco de acresção a energia gravitacional é liberada com maior intensidade atingindo uma temperatura média de milhões de graus, uma enorme fonte de energia se torna presente nessa região e haverá grande emissão de radiação tais como: ultravioleta e raios-x.
A pressão na estrela de nêutrons pode sofrer um grande aumento se o gás for transferido em uma quantidade relativamente, do disco de acresção para a estrela de nêutrons dessa forma a energia não é liberada, então eventualmente o gás e expulso da estrela de nêutrons, fazendo com que existam fortes correntes de gás em sua órbita.

 

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