Pulsar

Como uma estrela morta se torna um farol cósmico

Passo a passo

Uma estrela do tamanho de uma cidade

Quando morre uma estrela de mais de oito sóis, seu núcleo colapsa numa estrela de nêutrons: cerca de 1,4 vez a massa do Sol numa bola de uns 22 km de diâmetro.

Uma estrela grande brilha fundindo átomos leves em átomos mais pesados no seu núcleo. Quando o núcleo vira ferro, esse fogo se apaga, porque fundir ferro não gera energia. Sem nada para sustentá-lo, o núcleo, do tamanho da Terra, desaba sobre si mesmo em menos de um segundo.

O esmagamento é tão forte que os elétrons são empurrados para dentro dos prótons, transformando-os em nêutrons. A queda só para quando os nêutrons ficam tão apertados quanto no núcleo de um átomo. O resto da estrela é lançado ao espaço numa supernova, e sobra a estrela de nêutrons.

Tirando os buracos negros, não se conhece nada mais denso: um cubo de açúcar de estrela de nêutrons pesaria quase tanto quanto todas as pessoas da Terra juntas. Sua gravidade curva a luz. O anel de estrelas esticadas ao seu redor é luz estelar desviada pela sua atração, e dá para ver cerca de quatro quintos da sua superfície de uma vez.

Um ímã que gira

O colapso a fez girar depressa e espremeu seu campo magnético até trilhões de vezes a intensidade do da Terra. Seus polos magnéticos são inclinados em relação ao eixo em que ela gira.

Pense num patinador que recolhe os braços e gira mais rápido. O núcleo da estrela moribunda girava devagar, mas, ao encolher do tamanho da Terra para o de uma cidade, passou a girar centenas de milhares de vezes mais rápido. Estrelas de nêutrons recém-nascidas podem dar muitas voltas por segundo.

O esmagamento também comprimiu o campo magnético da estrela num espaço muito menor, o que o deixou enormemente mais forte. Algumas estrelas de nêutrons, chamadas magnetares, são mil vezes mais fortes ainda: os ímãs mais potentes que se conhecem.

Como na Terra, os polos magnéticos não ficam onde sai o eixo de rotação. A linha tracejada branca é o eixo em que a estrela gira, e a violeta é o seu eixo magnético, inclinado em relação a ele. É essa inclinação que vai transformar a estrela num farol.

Dois feixes

Acima dos polos magnéticos, partículas arrancadas da superfície disparam ao longo do campo e emitem dois feixes estreitos de ondas de rádio. O rádio é invisível, por isso aqui aparece em verde.

Um ímã girando produz eletricidade: é assim que funcionam os geradores das usinas elétricas. Uma estrela de nêutrons é um gerador gigantesco. Seu giro cria tensões de trilhões de volts, fortes o bastante para arrancar da sua superfície elétrons e outras partículas com carga.

Partículas com carga só conseguem se mover ao longo das linhas do campo magnético, como contas num fio. Acima de cada polo magnético as linhas se abrem para o espaço, e ali as partículas são lançadas para fora a quase a velocidade da luz. No caminho, elas emitem ondas de rádio num cone estreito: o feixe. Como exatamente fazem isso é um enigma que os cientistas ainda tentam resolver.

A energia dos feixes vem do giro da estrela, então todo pulsar vai perdendo velocidade aos poucos, ao longo de milhões de anos. Alguns, como os pulsares do Caranguejo e de Vela, também piscam em luz visível, raios X e raios gama.

Um farol cósmico

Enquanto a estrela gira, seus feixes varrem o céu como os de um farol. Cada vez que um deles cruza a Terra, os radiotelescópios captam um pulso.

Os feixes estão presos aos polos magnéticos, que são inclinados; então, conforme a estrela gira, cada feixe varre um círculo no céu. A estrela não acende e apaga: como a lâmpada de um farol, ela brilha o tempo todo, e só vemos um clarão enquanto um feixe aponta para nós.

A seta dourada aponta para a Terra. A linha verde acima do texto é o sinal de rádio como um radiotelescópio na Terra o registra: plano enquanto os feixes apontam para outro lugar, e um pico toda vez que um deles passa por nós.

Os feixes da maioria dos pulsares nunca cruzam a Terra, então não conseguimos vê-los. Mesmo assim, mais de 4 mil pulsares já foram encontrados, quase todos na nossa própria galáxia.

Sua velocidade real

Em câmera lenta dá para acompanhar cada volta. O pulsar de Vela gira de verdade 11 vezes por segundo, e o mais rápido conhecido, 716. Escolha um pulsar para vê-lo e ouvi-lo.

Até agora o giro estava em câmera lenta para você poder acompanhá-lo. O botão lá em cima alterna entre câmera lenta e velocidade real, e a lista ao lado traz quatro pulsares reais, do primeiro já descoberto, que dá uma volta a cada 1,34 segundo, ao mais rápido conhecido.

O mais rápido, PSR J1748−2446ad, dá 716 voltas por segundo: seu equador gira a cerca de um quinto da velocidade da luz. Pulsares tão rápidos são pulsares velhos que voltaram a acelerar. Uma estrela companheira despejou gás sobre eles, empurrando-os cada vez mais rápido, como uma mão empurrando um carrossel.

Com o som ligado dá para ouvir a diferença. Pulsares lentos batem como um tambor, os rápidos zumbem, e a centenas de pulsos por segundo as batidas se fundem numa nota musical.

O cilindro de luz

O campo magnético está ancorado na estrela e gira com ela, como os raios de uma roda. Quanto mais longe ao longo de um raio, mais rápido ele se move, assim como a borda de um carrossel anda mais rápido que o centro.

Dentro dele, as linhas do campo voltam para a estrela, e as partículas nelas giram junto. As linhas que iriam além não conseguem se fechar: elas se abrem e se afastam em espiral, levando um vento de partículas a quase a velocidade da luz. Em volta do pulsar do Caranguejo, esse vento ilumina toda a Nebulosa do Caranguejo, com cerca de 11 anos-luz de diâmetro.

Relógios no céu

Jocelyn Bell Burnell descobriu o primeiro pulsar em 1967. Os pulsares marcam o tempo com tanta regularidade que um mapa de 14 deles, a bordo das sondas Pioneer e Voyager, mostra onde fica o nosso Sol.

Em 1967, Jocelyn Bell Burnell, uma estudante de Cambridge, notou um pequeno rabisco nos registros em papel de um radiotelescópio que ela tinha ajudado a construir: pulsos a cada 1,34 segundo, regulares como um relógio. A equipe, meio de brincadeira, chamou a fonte de LGM-1, de “little green men” (homenzinhos verdes), até que outras foram encontradas e se revelaram estrelas de nêutrons girando.

O Prêmio Nobel de 1974 pela descoberta foi para o seu orientador, Antony Hewish, mas não para ela. Em 2018, ela ganhou um Prêmio Breakthrough de 3 milhões de dólares e doou tudo para ajudar estudantes de grupos pouco representados na física.

Os pulsares mais rápidos marcam o tempo quase tão bem quanto relógios atômicos. Cronometrar um deles revelou, em 1992, os primeiros planetas já encontrados em volta de outra estrela. E, cronometrando 68 deles durante 15 anos, astrônomos encontraram em 2023 sinais de ondas gravitacionais, ondulações do próprio espaço, atravessando a nossa galáxia.

O mapa nas placas das Pioneer e nos discos das Voyager mostra a direção, a distância e o ritmo de 14 pulsares vistos a partir do Sol. Os pulsares desaceleram de forma constante, então quem o encontrasse poderia descobrir não só de onde as sondas vieram, mas também, mais ou menos, quando partiram.