Detectado raro sistema estelar canibal que pode desvendar um dos grandes mistérios do cosmos

Conhecidas pelo nome comum de viúvas negras, as aranhas do gênero Latrodectus são famosas por praticar o canibalismo sexual, em que a fêmea devora o macho após a cópula. Esse mecanismo inspirou o nome de sistemas estelares binários raros em que uma pulsar captura e devora uma estrela menor, de pouca densidade, resultando em fortes emissões de raios-X, raios gama e luz visível.

A cada quatro milissegundos, uma estrela morta explode um poderoso feixe de radiação em direção à Terra, o que não representa o menor risco para o nosso planeta. Na verdade, é o pequeno companheiro da estrela morta que está em uma grande enrascada. Em um novo estudo publicado no serviço de pré-impressão arXiv, os pesquisadores descrevem esse excêntrico sistema estelar.

Assim como a aranha canibal da qual esse tipo de sistema leva o nome, o membro maior da dupla parece disposto a devorar e destruir seu companheiro menor. No entanto, diferentemente do que ocorre entre os casais de aranhas, não há uma decapitação rápida: a estrela maior parece estar matando seu parceiro muito lentamente.

Ao longo de centenas ou milhares de anos, a estrela maior vem sugando matéria das proximidades da estrela menor, ao mesmo tempo em que vai explodindo a pequena estrela com feixes de energia, que empurram ainda mais matéria para o espaço.

“Algum dia, é possível que a estrela maior possa devorar completamente a menor”, disse a principal autora do estudo, Emma van der Wateren, estudante de doutorado no Instituto Holandês de Radioastronomia (ASTRON), em entrevista ao site Live Science. 

Cientistas esperam que sistema estelar canibal ajude a captar ondas gravitacionais

Ao monitorar os pulsos notavelmente estáveis da estrela maior para irregularidades súbitas, Emma e os demais autores do estudo esperam que esse pulsar possa ajudá-los a detectar ondulações raras no tecido de espaço-tempo: as chamadas ondas gravitacionais.

“Para detectar ondas gravitacionais, você precisa de muitos pulsares bastante estáveis”, disse Emma. “E ao contrário dos pulsares da viúva negra que foram descobertos anteriormente, este sistema é muito estável”.

Cientistas descobriram o sistema estelar J0610-2100 a cerca de 10 mil anos-luz da Terra em 2003, quando notaram seu pulsamento periódico com um radiotelescópio. Eles entenderam o sistema como um pulsar — um tipo de estrela de nêutrons pequena, densa e colapsada que gira muito rapidamente.

Essas estrelas mortas são altamente magnetizadas, lançando feixes de radiação eletromagnética de seus polos enquanto giram. Quando um desses feixes aponta para a Terra, o efeito é como um farol, com a luz piscando e desligando enquanto o feixe passa por nós. 

Se a luz pisca uma vez a cada 10 milissegundos ou menos (como J0610-2100, que pisca a cada 3,8 milissegundos), então a estrela se encaixa em uma categoria ainda mais rara, chamada de pulsar milissegundo.

Muitos pulsares de milissegundos compartilham suas órbitas com estrelas companheiras semelhantes ao Sol, que os pulsares lentamente devoram. Enquanto os pulsares devoram os discos giratórios de matéria expelidos pela estrela companheira, eles brilham em radiação de raios-X que podem ser vistos através da galáxia.

Pulsar viúva negra desse sistema binário tem comportamento diferenciado

Se a estrela companheira de um pulsar tem uma massa menor que um décimo da massa do Sol, então esse sistema estelar é chamado de pulsar viúva negra. J0610-2100 foi o terceiro pulsar viúva negra já detectado — e parece ser um dos mais famintos. A estrela companheira do pulsar mede apenas 0,02 massas solares, e completa uma órbita ao redor do pulsar a cada sete horas ou mais, segundo o estudo.

Para o novo estudo, foram analisados 16 anos de dados de radiotelescópios desse sistema estelar canibal. Embora o sistema seja de fato um pulsar viúva negra, a equipe ficou surpresa ao descobrir que estavam faltando algumas peculiaridades.

Por exemplo, o sistema estelar nunca mostrou o que é conhecido como eclipse de rádio – um fenômeno quase universal em outros pulsares viúvas negras. “Normalmente, para uma parte da órbita binária, as emissões de rádio do pulsar desaparecem completamente”, disse Emma. “Isso ocorre quando a estrela companheira se move perto da frente do pulsar, e todo esse material irradiado saindo do companheiro eclipsa o pulso do pulsar”.

Ao longo de 16 anos, o sistema estelar também nunca mostrou irregularidades de tempo – diferenças repentinas e minúsculas no tempo do pulso de um pulsar em comparação com as previsões dos astrônomos.

“A ausência desses dois fenômenos comuns é difícil de explicar”, disse Emma. “Pode ser que a linha de visão neste pulsar seja distorcida de modo que eclipses de rádio simplesmente não são aparentes para telescópios baseados na Terra, ou talvez a estrela companheira do pulsar não está sendo irradiada tão fortemente quanto outros pulsares conhecidos que mostram essas características”. 

Seja qual for o caso, esse sistema viúva negra é incrivelmente estável e previsível — o que o torna um candidato perfeito para detectar ondas gravitacionais, segundo os pesquisadores.

Essas ondas (previstas pela primeira vez por Albert Einstein) ocorrem quando os objetos mais massivos do universo interagem — como quando buracos negros ou estrelas de nêutrons colidem. As ondas serpenteiam através do tempo e do espaço à velocidade da luz, distorcendo o tecido do universo à medida que passam.

Uma maneira que os astrônomos esperam detectar ondas gravitacionais é monitorando dezenas de pulsares de milissegundos ao mesmo tempo usando sistemas chamados matrizes de tempo pulsares. Se cada pulsar na matriz de repente experimentou uma irregularidade de tempo simultaneamente, isso poderia ser uma evidência de que algo massivo, como uma onda gravitacional, interrompeu seus pulsos no caminho para a Terra.

Tipicamente muito temperamental por causa de seus eclipses de rádio e irregularidades de cronometragem, pulsares viúvas negras raramente são bons candidatos para a detecção de ondas gravitacionais. No entanto, J0610-2100 pode ser uma exceção — e sua mera existência sugere que poderia haver outras exceções adequadas lá fora também. Como seu homônimo aracnídeo, a mordida canibal desta viúva negra pode servir a um propósito maior no final.