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Das estrelas aos pulsares: o que torna a formação de pulsares de milissegundos tão incrível?
Pulsares de milissegundos (MSPs) são pulsares com um período de rotação inferior a cerca de 10 milissegundos. Esses objetos foram detectados no espectro eletromagnético em rádio, raios X e raios gama. Os cientistas acreditam que a formação de pulsares de milissegundos está relacionada com a transferência de massa de estrelas companheiras. Geralmente, acredita-se que sejam estrelas de nêutrons antigas e de rotação rápida que são "recicladas" ou aceleradas pela acreção de material da estrela companheira em uma estrela binária próxima. sistema. Portanto, pulsares de milissegundos são às vezes chamados de pulsares de reciclagem.
A origem dos pulsares de milissegundos está relacionada com sistemas estelares binários de raios X de baixa massa, nos quais os raios X são emitidos pelo disco de acreção das estrelas de nêutrons.
De acordo com a pesquisa atual, o processo de formação de pulsares de milissegundos pode ter passado por pelo menos dois mecanismos de evolução diferentes, o que pode explicar por que alguns pulsares de milissegundos jovens têm campos magnéticos relativamente altos, como o PSR B1937+21. De acordo com a pesquisa de Bülent Kiziltan e S. E. Thorsett (UCSC), esta nova descoberta implica que os modelos evolutivos tradicionais são insuficientes para explicar o desenvolvimento de todos os pulsares de milissegundos. Notavelmente, muitos pulsares de milissegundos estão concentrados em aglomerados globulares, o que é consistente com a hipótese de aceleração rotacional de sua formação, já que a alta densidade estelar desses aglomerados aumenta a chance do pulsar de capturar uma grande estrela companheira.
Atualmente, sabe-se que cerca de 130 pulsares de milissegundos estão localizados em aglomerados globulares, incluindo 37 em Terzan 5, 22 em 47 Tucanae e 8 em M28 e M15.
O limite da velocidade de rotação do pulsar
Em 1982, o PSR B1937+21 tornou-se o primeiro pulsar de milissegundos descoberto. Sua velocidade de rotação é de cerca de 641 vezes por segundo, e ainda é o segundo pulsar de milissegundos mais rápido conhecido. O pulsar giratório mais rápido conhecido em 2023, PSR J1748-2446ad gira a uma taxa de 716 vezes por segundo. Os modelos existentes de estrutura e evolução das estrelas de nêutrons prevêem que se os pulsares atingirem velocidades de rotação de cerca de 1.500 rpm ou mais, eles podem se quebrar e, em velocidades acima de 1.000 rpm, perderão energia mais rapidamente do que absorvem a taxa de aceleração do processo de integração. .
Em 2007, dados do Rossi X-ray Timing Detector e da sonda INTEGRAL descobriram uma estrela de neutrões chamada XTE J1739-285 com uma taxa de rotação de 1122 Hz. No entanto, este resultado não é estatisticamente significativo.
Afetados pela radiação gravitacional, a taxa de rotação dos pulsares de milissegundos pode diminuir. Um dos pulsares de raios X, IGR J00291+5934, com velocidade de rotação de 599 rotações por segundo, pode se tornar um forte candidato para detecção de ondas gravitacionais no futuro.
Detecção de ondas gravitacionais usando pulsares
As ondas gravitacionais são uma previsão importante da teoria geral da relatividade de Einstein, originadas do movimento de uma grande quantidade de matéria e das flutuações no universo primitivo. Um pulsar é uma estrela de nêutrons altamente magnética e de rotação rápida que geralmente se forma após uma explosão de supernova. Devido à sua estabilidade, os pulsares podem ser utilizados para a detecção de ondas gravitacionais, ideia proposta pela primeira vez por Sazhin e Detweiler na década de 1970.
Os pulsares são considerados relógios de referência que enviam sinais de cronometragem em uma extremidade, enquanto o observador está na Terra.
Quando as ondas gravitacionais passam, elas causarão distúrbios na métrica espaço-temporal local, afetando assim a frequência de rotação observada do pulsar. Em 1983, Hellings e Downs ampliaram este conceito propondo que uma rede abrangente de pulsares poderia detectar uma onda gravitacional de fundo variável no tempo. No início da década de 1980, com a descoberta dos primeiros pulsares de milissegundos, Foster e Backer refinaram a sensibilidade da detecção de ondas gravitacionais.
Nos anos seguintes, com o avanço dos sistemas digitais de aquisição de dados e a descoberta de mais novos pulsares de milissegundos, a sensibilidade da detecção de ondas gravitacionais continuou a aumentar. Em junho de 2023, o NANOGrav divulgou 15 anos de dados e forneceu a primeira evidência de fundo de ondas gravitacionais. As curvas de Hellings-Downs destas observações são uma indicação clara da fonte das ondas gravitacionais.
A formação de pulsares de milissegundos e sua exploração do universo não apenas revelam a evolução do universo, mas também nos forçam a pensar em quantos processos desconhecidos estão esperando por nós para explorar e compreender neste vasto mar de estrelas ?
