Magnetar

Os ímãs mais fortes conhecidos, e o dia em que um deles brilhou através da galáxia

Passo a passo

Um ímã do tamanho de uma cidade

Um magnetar é uma estrela de nêutrons com o campo magnético mais forte conhecido. O de SGR 1806-20 é de cerca de 2×10¹⁵ gauss: quatro quatrilhões de vezes o da Terra.

Uma estrela de nêutrons é o que sobra quando o núcleo de uma estrela de grande massa colapsa: cerca de 1,4 vez a massa do Sol numa bola de uns 24 km. A maioria tem campos magnéticos de cerca de um trilhão de vezes o da Terra. Cerca de 30 das quase 3.000 estrelas de nêutrons conhecidas têm campos de cem a mil vezes mais fortes ainda. São chamadas magnetares.

SGR 1806-20, a cerca de 28.000 anos-luz, em Sagitário, é um dos mais fortes. Seu campo é de cerca de 2×10¹⁵ gauss. O da Terra é de meio gauss, o de um ímã de geladeira de uns cem, e o do ímã estável mais forte já construído, no Laboratório Nacional de Altos Campos Magnéticos dos EUA, de 455.000.

Tão perto de um magnetar, os próprios átomos são espremidos em agulhas finas ao longo do campo. Mesmo a 1.000 km o campo ainda seria de alguns bilhões de gauss, o bastante para deformar os átomos de qualquer ser vivo.

Um giro lento que freia

A maioria das estrelas de nêutrons jovens gira muitas vezes por segundo. Os magnetares giram devagar, uma vez a cada 2 a 12 segundos, porque seus enormes campos agem como freios: enquanto a estrela gira, seu campo lança partículas carregadas no espaço, e elas levam embora o seu giro.

Um campo torcido

Acredita-se que por dentro o campo seja ainda mais forte e emaranhado. Ao abrir caminho para fora, ele torce as linhas de campo acima da estrela e tensiona a crosta sólida em que estão ancoradas.

A crosta de uma estrela de nêutrons é uma camada sólida de cerca de um quilômetro de espessura, uma rede de núcleos ricos em ferro muito mais resistente que o aço. O campo magnético a atravessa e está ancorado nela.

Nos magnetares, acredita-se que o campo seja ainda mais forte dentro da estrela, e emaranhado. Ao longo dos anos ele abre caminho lentamente para fora, arrastando a crosta e torcendo as linhas de campo que formam laços acima da superfície. Linhas torcidas carregam correntes elétricas, e as correntes aquecem a crosta: os magnetares brilham em raios X mais do que a perda do seu giro poderia pagar. É o magnetismo, não o giro, que os alimenta.

A torção mostrada aqui é desenhada para mostrar a ideia, como a explicação mais aceita a propõe (Thompson, Lyutikov e Kulkarni 2002). Ninguém consegue ver o próprio campo.

Terremotos estelares

Quando a tensão é demais, a crosta racha. Cada terremoto estelar sacode o campo e lança uma rajada de raios X e gama que dura cerca de um décimo de segundo.

Os magnetares foram notados primeiro por essas rajadas. Em 1979 satélites captaram rajadas curtas e repetidas de raios gama vindas dos mesmos pontos do céu, e suas fontes foram chamadas repetidores de raios gama suaves: o SGR de SGR 1806-20.

Uma rajada típica dura cerca de um décimo de segundo e emite tanta energia quanto o Sol em dias a meses, sobretudo em raios X. Quando um magnetar desperta, pode disparar centenas delas ao longo de semanas e depois ficar quieto por anos. A explicação preferida é que a crosta se rompe sob a tensão do campo, como o chão num terremoto, e as linhas de campo acima saltam para uma nova forma, liberando sua energia.

A rachadura e as rajadas são desenhadas, seis vezes mais lentas.

A grande erupção

Em 27 de dezembro de 2004, SGR 1806-20 soltou tudo de uma vez. Por um quinto de segundo ofuscou a Lua cheia vista da Terra, a 28.000 anos-luz: o clarão mais brilhante já visto de fora do Sistema Solar.

A grande erupção chegou à Terra às 21h30 UT. Quase tudo eram raios gama, invisíveis ao olho, mas por um quinto de segundo trouxe à Terra mais energia do que a luz da Lua cheia (Palmer et al. 2005). Saturou quase todos os detectores de raios gama no espaço e chegou a perturbar a alta atmosfera da Terra, a ionosfera.

Acredita-se que tenha ocorrido quando grande parte do campo, tensionada por anos, se rompeu e saltou de uma vez para uma nova forma, lançando uma nuvem de matéria a uma boa fração da velocidade da luz.

O clarão são raios gama, desenhados em violeta-claro, cerca de cinco vezes mais lentos.

Uma cauda que pulsa

Após o clarão, uma bola de fogo presa pelo campo brilhou por cerca de seis minutos, mais forte a cada vez que o giro da estrela, a cada 7,56 segundos, a trazia para nós.

O primeiro clarão durou um quinto de segundo. Depois veio um brilho mais suave que se apagou em cerca de 380 segundos, subindo e descendo a cada 7,56 segundos: o próprio giro da estrela.

A explicação é uma bola de fogo aprisionada: uma bola de elétrons, pósitrons e raios gama a centenas de milhões de graus, presa nos laços fechados do campo logo acima da superfície. A própria pressão a faria explodir num instante; só um campo tão forte consegue segurá-la. Ao esfriar de fora para dentro, seu brilho se apagou, enquanto o giro da estrela a levava para perto e para longe da Terra.

Aqui a bola de fogo é desenhada de um lado da estrela; sua forma real não é conhecida. A cauda corre cerca de quatro vezes mais rápido do que correu.

A estrela vibrou

Na cauda, os raios X oscilaram em frequências fixas, de 18 a 1.840 vezes por segundo: a crosta ainda tremia do terremoto, como um sino golpeado.

Satélites que cronometraram com precisão os raios X da cauda os viram oscilar em frequências fixas: 18, 26, 30, 92, 150, 625 e 1.840 vezes por segundo (Israel et al. 2005; Strohmayer e Watts 2006). Um conjunto parecido já tinha sido achado na grande erupção de SGR 1900+14, em 1998.

Elas correspondem aos modos como a crosta de uma estrela de nêutrons pode torcer para lá e para cá, uma metade contra a outra, assim como os sismólogos leem a vibração da Terra após um terremoto para saber o que há dentro dela. Foi a primeira vez que o interior de uma estrela de nêutrons pôde ser sondado assim.

Essas frequências são tons que podemos ouvir. Com o som ligado, elas tocam aqui como tons; o volume é desenhado. A torção da crosta é desenhada em câmera lenta para que o olho a acompanhe.

Elementos pesados

A erupção também lançou matéria. Cerca de dez minutos depois, um brilho fraco de raios gama mostrou que ela continha elementos pesados recém-criados: cerca de um terço da massa da Terra.

A erupção lançou uma nuvem de matéria rica em nêutrons a uma boa fração da velocidade da luz. Revendo os registros antigos, astrônomos acharam um brilho de raios gama posterior e mais fraco, que atingiu o máximo cerca de dez minutos após o clarão.

Seu brilho e seu ritmo correspondem ao decaimento radioativo de núcleos pesados recém-criados: a captura rápida de nêutrons, o processo r, que cria o ouro, a platina e o urânio. Formou-se cerca de um milionésimo da massa do Sol, um terço da da Terra (Patel et al. 2025). Erupções assim poderiam criar de um a dez por cento dos elementos mais pesados da Via Láctea; quase todo o resto vem de colisões de estrelas de nêutrons.

A nuvem é desenhada como uma casca de brilho dourado; sua forma real não é conhecida.

Uma rajada de rádio da nossa galáxia

Em 28 de abril de 2020 outro magnetar, SGR 1935+2154, emitiu uma rajada de raios X e um clarão de ondas de rádio de menos de um milésimo de segundo: a primeira rajada rápida de rádio vista de dentro da Via Láctea.

Rajadas rápidas de rádio são clarões de ondas de rádio que duram alguns milésimos de segundo, descobertos em 2007. Milhares já foram vistos, quase todos de outras galáxias, e o que os produzia era um mistério.

Em 28 de abril de 2020 dois radiotelescópios, o CHIME no Canadá e o STARE2 nos Estados Unidos, captaram um de SGR 1935+2154, a cerca de 30.000 anos-luz, no mesmo instante de uma rajada de raios X dele. Veio como dois clarões separados por 29 milésimos de segundo. Visto de outra galáxia, teria parecido uma rajada rápida de rádio fraca: ao menos alguns desses clarões distantes vêm de magnetares.

Ondas de rádio são invisíveis; aqui são desenhadas em verde, cerca de trinta vezes mais lentas.

Apagando-se

Os magnetares são jovens: seus campos se desgastam em cerca de 10.000 anos. Depois as rajadas param, e a estrela segue como uma tranquila estrela de nêutrons.

Conhecem-se cerca de 30 magnetares, todos na Via Láctea ou em sua companheira, a Grande Nuvem de Magalhães. Ficam perto de aglomerados jovens e de restos de supernovas, e poucos têm mais de alguns milhares de anos. Um deles, no aglomerado Westerlund 1, a 16.000 anos-luz, nasceu de uma estrela de cerca de 40 vezes a massa do Sol.

À medida que o campo decai e solta suas torções, aquece a estrela e alimenta as rajadas. Após uns dez mil anos, resta pouco demais para rachar a crosta. O magnetar freia, esfria e se apaga, virando mais uma das centenas de milhões de estrelas de nêutrons tranquilas que se acredita povoarem nossa galáxia.

Objetos desta história

Estrela de nêutrons