Telescópio Espacial Roman pode revelar estrelas de neutrões isoladas na Via Láctea através do microlenteamento

Acredita-se que a Via Láctea albergue dezenas de milhões de restos estelares mortos - possivelmente centenas de milhões.

Apesar disso, foram confirmados menos de 4.000. A maioria pertence ao tipo que roda rapidamente, com feixes de rádio que varrem o espaço e, por vezes, passam pela Terra. Os restantes continuam invisíveis.

Um novo estudo aponta um caminho para os encontrar, recorrendo à gravidade como “ferramenta” de deteção e a um telescópio concebido, à partida, para outros objectivos.

Cadáveres estelares escondidos

A investigação foi coordenada por Zofia Kaczmarek, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha. Segundo o trabalho, esta população em falta poderá, finalmente, tornar-se observável.

A previsão depende de um observatório da NASA ainda por lançar.

As estrelas de neutrões são os núcleos esmagados que ficam quando estrelas muito massivas colapsam.

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

A maior parte destes objectos ainda não confirmados não emite pulsos de rádio, não brilha em raios X e não dá qualquer sinal que um telescópio consiga captar com facilidade. Vagueiam pela galáxia sem anúncio.

“\“A maioria das estrelas de neutrões é relativamente pouco luminosa e está por conta própria. São incrivelmente difíceis de detetar sem algum tipo de ajuda\”, afirmou Kaczmarek.”

Luz das estrelas que se curva

O truque assenta no microlenteamento, um pequeno efeito gravitacional previsto pela primeira vez por Einstein.

Quando um objecto muito massivo passa à frente de uma estrela distante, a sua gravidade deforma o espaço-tempo e desvia a luz da estrela de fundo à sua volta.

Do ponto de vista do telescópio, a estrela longínqua parece, por um breve período, mais brilhante e ligeiramente fora da sua posição habitual.

Muitos instrumentos conseguem registar o aumento de brilho, mas são bem menos os que detectam a minúscula oscilação na posição que acompanha o fenómeno.

Esta mesma abordagem permitiu identificar o primeiro buraco negro isolado confirmado, em 2022, num artigo que estimou a massa de um objecto compacto que, de outra forma, seria invisível.

Até então, não existia uma forma de confirmar o que estas lentes escuras eram, na realidade.

Pesar objectos escuros

Como as estrelas de neutrões são muito massivas, curvam a luz mais do que objectos mais leves. A amplitude da oscilação de posição aumenta com a massa.

Quanto maior a massa, maior o “abanão” observado. Ao medir essa oscilação, torna-se possível calcular a massa do objecto invisível - um pormenor com um poder pouco comum.

Até hoje, os astrónomos só conseguiram medir massas de estrelas de neutrões em sistemas binários, onde um companheiro em órbita serve de referência. Estrelas de neutrões solitárias, à deriva, nunca tiveram a sua massa determinada.

“\“O que é mesmo interessante ao usar o microlenteamento é que se podem obter medições diretas de massa\”, disse Peter McGill, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL).”

Esta técnica abre uma janela para estrelas de neutrões isoladas a que mais nenhum método chega.

O talento escondido do Roman

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

A sua precisão torna-o especialmente apto a captar as pequenas oscilações de posição que denunciam a passagem de uma massa escura.

O Roman consegue medir, com uma exactidão rara, tanto o aumento de brilho como a oscilação de uma estrela sujeita a lente gravitacional.

A principal campanha de microlenteamento da missão - o Levantamento do Bojo Galáctico no Domínio Temporal - irá acompanhar milhões de estrelas perto do centro da galáxia, com registos a cada 12 minutos.

Essa cadência foi pensada para encontrar planetas, mas é igualmente eficaz para apanhar estrelas de neutrões a atravessar o campo de visão.

Isolar candidatos a estrelas de neutrões

A novidade central desta análise surgiu do que as simulações mostraram. Antes deste estudo, não havia uma forma limpa de separar estrelas de neutrões isoladas do conjunto mais amplo de eventos de microlenteamento.

Quando a equipa representou os eventos simulados em função da duração e do tamanho da oscilação, as estrelas de neutrões concentraram-se num “esporão” característico, claramente distinto do restante.

Esse traço só aparece quando os dois sinais são medidos em conjunto. A assinatura está ali, à vista.

Dentro desse esporão encontram-se estrelas de neutrões rápidas, com maior probabilidade de gerar um sinal de lenteamento claro.

Seleccionar o esporão deverá produzir uma amostra de elevada pureza de candidatos a estrelas de neutrões isoladas.

Impulsos de supernovas

As estrelas de neutrões não nascem de forma suave. A explosão de supernova que as cria nunca é perfeitamente simétrica. Essa assimetria empurra a recém-formada estrela de neutrões para o lado, com força e velocidade.

Estes “impulsos de nascimento” podem lançar um astro a centenas de quilómetros por segundo. Há muito que os astrónomos suspeitam que os valores médios estejam entre cerca de 97 e 483 quilómetros por segundo.

O catálogo do Roman poderá confirmar isso. Nas simulações da equipa, o esporão assume um aspecto diferente consoante a intensidade desses impulsos.

Ao medir a dispersão das estrelas de neutrões detetadas, os investigadores poderão confrontar modelos rivais de supernovas com dados reais.

O que o Roman poderá revelar

A previsão avança um resultado concreto: quando o Roman começar o seu levantamento, a equipa espera identificar aproximadamente 100 estrelas de neutrões isoladas.

Tanto as variações de brilho como a oscilação posicional deverão ser mensuráveis, permitindo calcular as massas a partir dos dados de lenteamento.

Seria um marco. Nenhuma estrela de neutrões isolada teve a massa medida até agora, e mesmo um único caso já permitiria testar, com mais rigor, onde fica a fronteira entre estrelas de neutrões e buracos negros.

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

Se forem omitidas, o número de eventos detetáveis cairá cerca de 38 por cento. O Roman está previsto para ser lançado no final de 2026.