Telescópio Espacial Roman pode revelar estrelas de nêutrons isoladas na Via Láctea

A Via Láctea provavelmente abriga dezenas de milhões de remanescentes estelares mortos - talvez centenas de milhões.

Mesmo assim, menos de 4.000 já foram confirmados. A maior parte pertence ao tipo que gira rapidamente, com feixes de rádio que varrem o espaço e, por acaso, cruzam a Terra. Os demais continuam invisíveis.

Um novo estudo aponta um caminho para encontrá-los usando a gravidade como ferramenta de detecção - com a ajuda de um telescópio concebido, originalmente, para outros objetivos.

Cadáveres estelares escondidos

O trabalho foi liderado por Zofia Kaczmarek, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, e sugere que essa população ausente pode finalmente sair da sombra.

A previsão depende de um observatório da NASA que ainda não foi lançado.

Estrelas de nêutrons são os núcleos esmagados que restam quando estrelas massivas entram em colapso.

Cada uma concentra mais massa do que o Sol em uma esfera do tamanho de uma cidade, o que as coloca entre os objetos mais densos da natureza.

A maioria desses objetos ainda não confirmados não emite pulsos de rádio, não apresenta brilho em raios X e não produz nenhum sinal fácil de ser captado por um telescópio. Eles vagam pela galáxia sem qualquer anúncio.

“Na maioria das vezes, as estrelas de nêutrons são relativamente fracas e estão sozinhas. Elas são incrivelmente difíceis de detectar sem algum tipo de ajuda”, disse Kaczmarek.

Luz de estrela que se curva

A ideia se apoia na microlente gravitacional, um efeito sutil previsto pela primeira vez por Einstein.

Quando um objeto massivo passa à frente de uma estrela distante, sua gravidade deforma o espaço-tempo e desvia a luz da estrela de fundo ao redor dele.

Do ponto de vista de um telescópio, a estrela ao fundo parece ficar temporariamente mais brilhante e, além disso, ligeiramente deslocada.

Muitos instrumentos conseguem registrar o aumento de brilho, mas bem menos conseguem medir o pequeno “balanço” na posição aparente que acompanha o fenômeno.

Essa mesma estratégia levou, em 2022, à primeira confirmação de um buraco negro isolado, em um artigo que estimou a massa de um objeto compacto que, de outra forma, seria invisível.

Até então, não existia um método para confirmar o que essas lentes escuras realmente eram.

Pesando objetos escuros

Como as estrelas de nêutrons são muito massivas, elas curvam a luz mais do que objetos mais leves. A amplitude da oscilação posicional aumenta com a massa.

Quanto maior a massa, maior o “balanço”. Ao medir essa oscilação, dá para estimar a massa do objeto invisível - um detalhe especialmente poderoso.

Até hoje, astrónomos só conseguiram medir a massa de estrelas de nêutrons em sistemas binários, onde um companheiro em órbita fornece uma referência. Estrelas de nêutrons solitárias, à deriva, nunca tiveram suas massas medidas.

“O mais incrível de usar microlente gravitacional é que você consegue medições diretas de massa”, afirmou Peter McGill, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL).

A técnica abre uma janela para estrelas de nêutrons isoladas que nenhum outro método alcança.

O talento oculto do Telescópio Espacial Roman

É aqui que entra o Telescópio Espacial Roman. O principal observatório da NASA foi desenvolvido, sobretudo, para procurar exoplanetas e mapear a energia escura.

A sua precisão, porém, também o torna fora do comum para detectar as minúsculas oscilações posicionais que denunciam a passagem de uma massa escura.

O Roman consegue medir, com rara exatidão, tanto o aumento de brilho quanto o “balanço” da estrela que sofreu a lente.

A principal campanha de microlentes da missão - o Levantamento de Domínio Temporal do Bojo Galáctico - vai acompanhar milhões de estrelas perto do centro da galáxia em intervalos de 12 minutos.

Essa cadência foi pensada para encontrar planetas, mas funciona tão bem quanto para flagrar estrelas de nêutrons isoladas em movimento.

Isolando candidatos a estrelas de nêutrons

A novidade da análise veio do que as simulações mostraram. Antes deste estudo, não havia uma forma clara de separar estrelas de nêutrons isoladas do conjunto mais amplo de eventos de microlente.

Ao projetar eventos simulados pela duração e pelo tamanho da oscilação posicional, as estrelas de nêutrons se concentraram em um esporão característico, nitidamente separado do restante.

Esse traço só aparece quando os dois sinais são medidos em conjunto. Uma assinatura à vista.

Dentro do esporão, aparecem estrelas de nêutrons que se movem depressa e têm probabilidade incomum de gerar um sinal de lente limpo.

Selecionar esse esporão deve produzir uma amostra de alta pureza de candidatos a estrelas de nêutrons isoladas.

Chutes de supernovas

Estrelas de nêutrons não nascem de maneira suave. A supernova que as cria nunca é perfeitamente simétrica; o desequilíbrio empurra a estrela de nêutrons recém-formada de lado, com força e rapidez.

Esses “chutes” natais podem lançar uma estrela a velocidades de centenas de quilómetros por segundo. Há muito tempo, astrónomos suspeitam que a média fique entre 97 e 483 km/s.

O catálogo do Roman pode comprovar isso. As simulações da equipa indicam que o esporão muda de forma conforme a intensidade desses chutes.

Ao medir a dispersão das estrelas de nêutrons detectadas, pesquisadores poderão confrontar modelos concorrentes de supernovas com dados.

O que o Roman pode revelar

A previsão traz um número concreto: quando o Roman começar o levantamento, a equipa espera identificar cerca de 100 estrelas de nêutrons isoladas.

Tanto as variações de brilho quanto a oscilação posicional serão mensuráveis, permitindo calcular as massas a partir dos dados de lente.

Isso seria inédito. Nenhuma estrela de nêutrons isolada teve sua massa medida antes, e mesmo um único caso já permitiria testar onde realmente está o limite entre estrelas de nêutrons e buracos negros.

As simulações também indicam que as observações de menor cadência, usadas para “preencher lacunas” no levantamento, são essenciais.

Sem elas, o número de eventos detectáveis cairia em cerca de 38%. O Roman está previsto para ser lançado no fim de 2026.