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Descobrindo os segredos dos pulsares de milissegundos: por que eles giram tão rápido?
Pulsares de milissegundos (MSP) são pulsares com um período de rotação inferior a dez milissegundos. Essas estrelas atraíram a atenção dos astrônomos com sua incrível velocidade de rotação. Eles são detectados nas porções de rádio, raios X e raios gama do espectro eletromagnético. Especula-se que pulsares de milissegundos sejam criados pela acreção de material da estrela companheira de uma galáxia binária, fazendo com que essas velhas estrelas de nêutrons girem mais rápido e, portanto, às vezes são chamadas de pulsares de reciclagem.
Pulsares de milissegundos são considerados relacionados a galáxias binárias de raios X de baixa massa. Sua formação e evolução ainda são tópicos importantes na pesquisa astronômica.
A origem dos pulsares de milissegundos
As teorias atuais geralmente acreditam que os pulsares de milissegundos estão relacionados com galáxias binárias de raios X de baixa massa. Quando as camadas externas das estrelas companheiras nestes sistemas excedem o limite de Loch, o material flui para o disco de acreção da estrela de nêutrons. causa a rotação do pulsar. A taxa aumenta para centenas de rotações por segundo. Pode haver evidências de que os modelos evolutivos padrão não podem explicar a evolução de todos os pulsares de milissegundos, especialmente alguns pulsares de milissegundos jovens com campos magnéticos mais elevados.
Por exemplo, PSR B1937+21 é um caso especial. Pesquisas mostram que diferentes pulsares de milissegundos podem se formar por pelo menos dois processos diferentes, e a natureza do segundo processo permanece um mistério. Sabe-se agora que cerca de 130 pulsares de milissegundos foram encontrados em aglomerados globulares, o que é consistente com a hipótese de aceleração rotacional do seu processo de formação, porque essa alta densidade estelar aumenta a probabilidade de pulsares interagirem com estrelas companheiras gigantes.
O limite da velocidade de rotação do pulsar
Em 1982, o primeiro pulsar de milissegundos PSR B1937+21 foi descoberto. A frequência de rotação da estrela é de aproximadamente 641 rotações por segundo. O pulsar mais rápido descoberto até agora é o PSR J1748-2446ad, que foi descoberto em 2004 e gira a uma frequência de 716 rotações por segundo. Os modelos atuais de estrutura e evolução da estrela de nêutrons prevêem que se a velocidade de rotação exceder 1.500 rotações por segundo, a estrela de nêutrons se desintegrará, e quando a velocidade de rotação exceder 1.000 rotações por segundo, sua perda de energia excederá a aceleração do processo de acreção.
Embora candidatos como o XTE J1739-285 apresentem taxas de rotação extremamente altas, ainda falta suporte estatístico conclusivo.
Algumas observações apontaram que a taxa de rotação dos quasares é muito provavelmente afetada pela radiação gravitacional. Por exemplo, o IGR J00291+5934 gira a 599 rotações por segundo e é um dos principais candidatos para detecção futura de ondas gravitacionais. Devido às suas características de temporização de alta precisão, os pulsares de milissegundos podem ser usados como uma ferramenta inteligente para detecção ambiental. Eles podem detectar corpos celestes circundantes tão pequenos quanto asteróides e determinar suas massas.
Detecção de ondas gravitacionais e temporização de pulsares
A existência de ondas gravitacionais é uma previsão importante da teoria geral da relatividade de Einstein. Essas ondas se originam do movimento em grande escala da matéria, das flutuações do universo primitivo e da dinâmica do próprio espaço. Como relógios altamente precisos, os pulsares de milissegundos têm um rico potencial de aplicação em mecânica celeste, sismologia de estrelas de nêutrons e astronomia galáctica.
As primeiras propostas de utilização de pulsares como detectores de ondas gravitacionais, ideia desenvolvida devido aos avanços tecnológicos nos dispositivos.
No final da década de 1970, Sazhin e Detweiler propuseram a ideia de usar pulsares para detecção de ondas gravitacionais, imaginando um braço espacial entre a Terra e pulsares distantes. Com a pesquisa de Foster e Backer em 1990, este método foi aprimorado ainda mais, especialmente na aplicação de pulsares de milissegundos de alta estabilidade.
Perspectivas Futuras
Os planos futuros podem detectar ainda mais o fundo das ondas gravitacionais através da tecnologia de temporização precisa dos pulsares. Em 2023, NANOGrav publicou 15 anos de resultados de dados, que inicialmente mostraram a existência do fundo de ondas gravitacionais e mediram a curva de Hellings-Downs pela primeira vez. Este resultado fornece fortes evidências experimentais para a detecção de ondas gravitacionais.
O estudo dos pulsares de milissegundos não só enriquece a nossa compreensão do universo, mas também pode revelar muitos mistérios não resolvidos. Então, que novas descobertas estes misteriosos corpos celestes em rápida rotação nos trarão?
