Pulsares: Farol no céu dos astrônomos

O olho humano não pode diferenciar os objetos celestes de maneira detalhada. Entretanto, com diferentes observações em vários comprimentos de onda podemos encontrar, por exemplo, estrelas que são maiores e menores que o nosso Sol e em diferentes estágios de evolução. Uma classe particular e fascinante de objetos que podem ser observados de diversas maneiras são os pulsares. Pulsares são um dos possíveis estágios finais de estrelas e são os objetos celestes mais densos que podemos observar.

Após surgir de uma nebulosa, uma estrela passa a maior parte do tempo na chamada sequência principal. O Sol está atualmente na sequência principal e permanecerá nessa fase durante muito tempo. As estrelas então evoluem até a condição de supernovas, que marcam a transição para seus estágios finais. O ciclo de vida das estrelas depende muito da sua massa e estrelas de nêutrons e pulsares são remanescentes do ciclo de estrelas com massa acima de 8 massas solares.

Figura 1: Ciclo de vida de estrelas com massa acima de 8 massas solares.

Como o nome sugere, as estrelas de nêutrons são estrelas cujos núcleos são compostos por nêutrons. Pulsares, por sua vez, são estrelas de nêutrons com campos magnéticos muito intensos, que giram com frequências altíssimas e que emitem radiação. Assim, todos os pulsares são estrelas de nêutrons mas nem todas as estrelas de nêutrons são pulsares. De uma extremidade a outra desses astros, a distância não ultrapassa os 40km e sua massa é de algumas massas solares, o que torna a sua densidade também muito alta. A emissão de radiação pelos pulsares em alta rotação chega até nós em intervalos regulares, como um farol de navegação, como vemos nas figuras abaixo.

Figura 2: Imagem retirada de http://lilith.fisica.ufmg.br/~dsoares/extn/ogs/ogs-psr.htm

Figura 3: Farol de navegação de Cabo Frio, Rio de Janeiro. Fonte: https://www.marinha.mil.br/camr/?q=cabo_frio

Como os primeiros sinais de uma estrela dessa categoria foram observados na faixa do rádio, o nome pulsars foi escolhido por ser um acrônimo em inglês para fontes pulsadas de rádio (pulsating radio sources).

Em 1934 os astrônomos Fritz Zwicky e Walter Baade do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) fizeram a previsão de que estrelas muito massivas da sequência principal colpsariam em um objeto muito denso, com núcleo composto basicamente de nêutrons. Essas estrelas foram descobertas mais de 30 anos depois da previsão.

A então estudante de doutorado da Universidade de Cambridge, Jocelyn Bell Burnell, sob a orientação do radioastrônomo Anthony Hewish, observou o primeiro pulsar em 1967 no radiotelescópio recém construı́do no Mullard Radio Astronomy Observatory. Os flashes de rádio foram encontrados por Jocelyn Bell na constelação de Vulpecula (a Raposa), quando ela operava o radiotelescópio em busca de sinais de quasares, objetos que são fontes poderosas de ondas de rádio. Não se sabia que tipo de objeto estava sendo observado e ele foi batizado de LGM-1. Os sinais foram então observados em outras direções do céu até que os radioastrônomos se convenceram de que haviam descoberto um novo tipo de estrela. O primeiro pulsar descoberto girava 30 vezes por segundo e foi então denominado PSR B1919+2. Em 1974, a descoberta rendeu o Nobel de Física a Hewish e Martin Ryle. Apenas em 2018 Jocelyn Bell recebeu um prêmio em reconhecimento pela descoberta.

Atualmente, mais de 2000 pulsares são conhecidos e acredita-se que o número de estrelas de nêutrons só na Via Láctea seja muito maior. Além da observação em rádio, pulsares podem ser observados no visível, no raio-X e gama. O primeiro pulsar observado, o PSR B1919+2, gira uma vez a cada 0,01 segundos e hoje se conhece pulsares que completam uma volta completa em um décimo do tempo. Os campos magnéticos típicos dos pulsares são trilhões de vezes maiores que o campo magnético da Terra. Os magnetares, descobertos em 1979 são pulsares com campos magnéticos 100 vezes maiores que os pulsares usuais.

A descoberta dos pulsares é um dos marcos mais importantes da radioastronomia e só foi possível devido ao desenvolvimento dessas observações, desde a construção do primeiro radiotelescópio por Grote Reber em 1937. Por emitirem pulsos em intervalos bastante regulares, os pulsares são relógios muito precisos e podem ser usados em testes de teorias que exitem bastante precisão; atualmente, os pulsares também são úteis na busca por planetas fora do sistema solar.

Curiosidades:

• O nomer LGM-1 é a sigla em inglês para Pequeno Homem Verde-1 e foi escolhido como uma brincadeira. Por não saberem do que se tratavam, os pesquisadores diziam que o sinal devia ser de alguma civilização alienı́gena, composta de pequenos homens verdes;

• Os nêutrons foram descobertos em 1932, dois anos antes da previsão daxistência de estrelas de nêutrons;

• Jocelyn Bell Burnell doou todo o prêmio que recebeu em 2018 para bolsas de formação de jovens cientistas.