DUAS ESTRELAS MORTAS NA ÓRBITA MAIS ALONGADA JÁ VISTA

Pares de estrelas de nêutrons — os núcleos colapsados deixados por estrelas massivas — orbitam um ao outro e perdem energia lentamente na forma de ondas gravitacionais. O primeiro foi encontrado em 1974 (PSR B1913+16), e hoje se conhecem mais de 30. Alguns acabam se fundindo, produzindo eventos como GW170817 e GW190425, detectados pelo LIGO. Quantos desses pares sobrevivem na Via Láctea, e em que órbitas, são perguntas básicas para a astronomia de ondas gravitacionais e para a história de como as estrelas duplas evoluem.

Uma órbita recorde

O PSR J0653+0443 é um pulsar — uma estrela de nêutrons cujo feixe de rádio varre a Terra como um farol — que gira uma vez a cada 47,5 milissegundos. Ele foi detectado pela primeira vez pelo Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST), da China, em 20 de novembro de 2022, e fica a cerca de 1 quiloparsec (uns 3.000 anos-luz), no braço de Perseu da Galáxia.

Cronometrando seus pulsos por mais de dois anos, Z. L. Yang, J. L. Han e colegas dos Observatórios Astronômicos Nacionais da China e de universidades parceiras descobriram que ele orbita outra estrela de nêutrons. As massas: 1,38 massa solar para o pulsar, 1,44 para sua companheira.

A órbita é extraordinária:

• um período de 79,084 dias, o mais longo de todas as estrelas de nêutrons duplas conhecidas;
• uma excentricidade — 0 para um círculo, perto de 1 para uma órbita esticada quase até virar uma curva aberta — de 0,99238692 — a mais alta já medida para qualquer par de estrelas; o recorde anterior, de uma estrela dupla comum, era 0,985;
• apenas 46 minutos para ir de um lado da companheira ao outro, enquanto a maior parte dos 79 dias é passada longe;
• na máxima aproximação, uma separação de 0,83 raio solar, cerca de 580.000 km — menos que o próprio raio do Sol —, e uma velocidade relativa de 1.140 quilômetros por segundo, a maior de todas as estrelas de nêutrons duplas conhecidas.

O FAST é uma antena fixa: ele vê só uma faixa de céu acima de si, e a máxima aproximação não cai sempre dentro dela. Entre 2025 e 2028, só duas passagens caem no seu campo de visão: 19 de fevereiro de 2025 e 21 de abril de 2027. A equipe acompanhou a primeira durante duas horas, com uma medição por minuto.

Um eclipse e uma elipse que oscila

Durante essa passagem, o sinal de rádio do pulsar sumiu por 85 segundos ao passar por trás do ambiente magnético da companheira. Isso significa que vemos a órbita quase de perfil. É apenas o segundo eclipse já visto numa estrela de nêutrons dupla, depois do famoso pulsar duplo PSR J0737−3039A.

A relatividade geral faz a elipse girar lentamente — o avanço do periastro — o ponto de máxima aproximação da órbita vai girando lentamente —, medido aqui em 0,017791 grau por ano, como previsto. Mas esse avanço não é uniforme: ele acelera perto da máxima aproximação. Nesta órbita quase parabólica, a orientação da órbita se move durante a própria passagem, aproximando o pulsar de nós e depois afastando-o, e adiantando e em seguida atrasando seus pulsos entre −2,91 e +2,49 milissegundos, mais de dez vezes mais que em qualquer outro sistema desse tipo.

Nascidas de um chute violento

Acredita-se que esses pares venham de duas estrelas massivas que explodem uma depois da outra. Segundo os autores, a excentricidade extrema só pode vir de um grande “chute” dado à segunda estrela de nêutrons quando o núcleo de ferro da estrela que a gerou colapsou. Suas simulações sugerem um chute de mais de cerca de 400 quilômetros por segundo.

Eles também simularam cerca de um bilhão de binárias massivas. Entre as estrelas de nêutrons duplas sobreviventes, as de excentricidade acima de 0,95 e período de 50 a 110 dias são menos de 0,5%. Mesmo assim, esta apareceu entre apenas 28 conhecidas fora dos aglomerados globulares, no disco da Galáxia. Nas palavras dos autores, “ou temos muita sorte, ou a teoria atual de evolução binária e a compreensão atual das supernovas de colapso de núcleo precisam de modificações”.

Ondas gravitacionais em rajadas

Como as duas estrelas só se aproximam uma vez a cada 79 dias, elas emitem ondas gravitacionais em rajadas periódicas. A emissão atinge o pico perto de 0,357 milihertz, um ciclo a cada 47 minutos — a duração da passagem mais próxima. Isso é fraco demais para os observatórios espaciais de ondas gravitacionais planejados LISA, Taiji e TianQin, mas conceitos futuros propostos, como o LISAmax, poderiam detectá-la ao longo de dez anos. O par vai se fundir em cerca de 2,5 bilhões de anos, terminando num evento como o GW170817.