Estrelas de Neutrões

O neutrão foi descoberto em 1932. Dois anos após esta descoberta, dois astrofísicos, Zwicky e Baade, colocaram a hipótese da existência de uma estrela de neutrões. Segundo esta hipótese, uma estrela de neutrões seria a fase final da vida de uma estrela de grande massa.

Quando uma estrela se aproxima do fim da sua vida, diminui a sua produção de energia, e o núcleo não consegue suportar a pressão da massa exterior da estrela. Começa então um processo de colapso, o diâmetro da estrela vai diminuindo, à medida que as camadas exteriores são comprimidas em direcção ao centro da estrela. Segundo Zwicky e Baade, para estrelas de grande massa (da ordem de 8 vezes a massa do Sol), a matéria do núcleo é comprimida, até ser maioritariamente constituída por neutrões muito próximos uns dos outros. Nesta fase, a repulsão entre os neutrões consegue equilibrar a pressão devido à força gravítica, e a estrela estabiliza sob a forma de estrela de neutrões. O que resta da estrela é um pequeno núcleo constituído por neutrões, de aproximadamente 20 km de diâmetro e 1,4 vezes a massa do Sol. A sua densidade é tão grande, que uma colher de chá de uma estrela de neutrões pesaria mil milhões de toneladas!

Imagem do pulsar na Nebulosa do Caranguejo, composta a partir de observações no visível, nos raios-X e no rádio, feitas pelo telescópio Hubble, Chandra e VLA. Cortesia: NASA/CXC/ASU/HST/VLA/NRAO/ J. Hester et al.

Mas estes objectos são apenas teóricos?

Na década de 60, foram detectadas fortes emissões de ondas rádio, com uma característica intrigante: estas emissões tinham um período muito preciso, ou seja, aparecia um sinal de 1,337 em 1,337 segundos, como um relógio. A estudante de doutoramento, Jocelyn Bell, que descobriu acidentalmente estas emissões, chegou a pôr a hipótese de serem sinais de uma civilização extraterrestre. No entanto, esta hipótese foi posta de parte, quando mais destes sinais foram descobertos, com períodos diferentes, e vindos de zonas diferentes do Universo. Os objectos emissores destes sinais foram denominados pulsares, e hoje já se conhecem mais de 500. Os pulsares mais lentos têm períodos de alguns segundos, mas os mais rápidos têm períodos da ordem do milésimo do segundo!

A teoria que surgiu para explicar a natureza dos pulsares, relacionava estes estranhos objectos com as estrelas de neutrões. Segundo esta teoria, pulsares são estrelas de neutrões com um campo magnético muito intenso e uma rotação muito rápida.

Para explicar esta rápida rotação, temos de ter em conta que, a estrela mãe, que no fim da sua vida dá origem à estrela de neutrões, rodava com uma certa velocidade em torno do seu próprio eixo. Pela conservação do momento angular, quando evolui para estrela de neutrões, e diminui o seu tamanho, a estrela aumenta a sua velocidade de rotação (por analogia, podemos considerar a rotação de uma bailarina, que quando fecha os braços, roda mais depressa). Tendo em conta o pequeno raio e a grande densidade de uma estrela de neutrões, é possível ela rodar com velocidades elevadas sem se desintegrar.

As estrelas de neutrões têm um campo magnético muito intenso, da ordem de 1x10¹² (1 seguido de 12 zeros) vezes maior do que o do Sol, devido ao facto de terem a mesma intensidade de campo magnético que a estrela que lhes deu origem, mas numa superfície muito menor.

De que modo surgem então as emissões peróidocas dos pulsares?

Devido ao seu forte campo magnético, uma estrela de neutrões emite radiação segundo dois feixes, ao longo do eixo magnético, que liga o Pólo Norte e o Pólo Sul, mas que não coincide necessariamente com o eixo de rotação. À medida que a estrela roda em torno de si própria, o que nós detectamos aqui na Terra são sinais periódicos. De facto, a radiação é emitida continuamente, mas nós só a observamos quando vem na nossa direcção (em analogia, podemos comparar uma estrela de neutrões a um farol, só vemos luz quando este está direccionado para nós, à medida que roda, vemos um sinal luminoso periódico).

Sabe-se actualmente que os pulsares emitem radiação em todas as frequências, não só no rádio, e que vão diminuindo o seu período de rotação ao longo do tempo, porque perdem energia. Mas ainda há muitas questões por responder acerca deles, da sua estrutura interna e do próprio processo de emissão de radiação.

Agora, surge a questão: e se a massa da estrela mãe fosse tão grande que conseguisse vencer a repulsão entre os neutrões, e o colapso continuasse? Nesse caso, a massa da estrela estaria contida num volume tão pequeno que nem algo com a velocidade da luz conseguiria escapar. Estaríamos na presença de outros objectos, ainda com muito por responder também, os buracos negros.

O endereço na internet do observatório de raios-X Chandra onde se pode encontrar um vídeo do pulsar da Nebulosa do Caranguejo: http://chandra.harvard.edu/photo/ 2002/0052/movies.html