Identificada uma estrela capaz de formar um magnetar, o tipo de ímã mais poderoso do Universo

Com volume pouco menor que o do Sol, porém dez vezes mais quente, ela deverá explodir em supernova e gerar uma estrela de nêutrons com campo magnético 100 trilhões de vezes mais intenso do que o terrestre

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Magnetares são os objetos que apresentam os mais fortes campos magnéticos conhecidos no Universo – da ordem de 10¹³ a 10¹⁵ gauss. Para efeito de comparação, o campo magnético na superfície da Terra varia de 0,25 a 0,65 gauss. Uma hipótese de formação é a de que o magnetar seja uma estrela de nêutrons cuja estrela precursora já possuía um campo magnético suficientemente expressivo que teria sido enormemente intensificado durante a explosão em supernova e no colapso gravitacional subsequente que originou a estrela de nêutrons.

Um estudo observacional realizado agora poderá trazer importantes esclarecimentos para a compreensão do fenômeno, pois identificou uma estrela precursora, a HD 45166, com condições de gerar um magnetar. É a primeira vez que uma estrela com essas condições é observada: sua massa é grande o bastante para explodir em supernova e, na sequência, colapsar em estrela de nêutrons; e seu campo magnético é forte o suficiente para, durante o colapso, produzir um magnetar.

O trabalho foi realizado por uma equipe internacional, liderada pelo israelense Tomer Shenar, da Universidade de Amsterdã, nos Países Baixos. E contou com a importante participação do brasileiro Alexandre Soares de Oliveira, da Universidade do Vale do Paraíba (Univap). Artigo a respeito foi publicado na revista Science.

“A estrela que identificamos, a HD 45166, possui um campo magnético de 43 quilogauss [43 X 10³ G]. E deverá produzir um magnetar com campo magnético da ordem de 100 trilhões de gauss. A explicação física para esse crescimento espantoso é que o colapso gravitacional faz com que a estrela encolha drasticamente. E, como sua superfície se reduz muito, a densidade de fluxo do campo magnético cresce de forma proporcional”, explica Oliveira à Agência FAPESP.

A densidade de fluxo é dada pelo número de linhas de campo magnético que atravessam uma unidade de área. E, para ter ideia do que o pesquisador está dizendo, é preciso lembrar que, em estrelas de nêutrons, massas da ordem de 1,1 a 2,1 massas solares são compactadas em esferas de apenas 20 quilômetros de raio, aproximadamente. A superfície da estrela de nêutrons é extremamente pequena. E isso permite entender por que o campo magnético se intensifica tanto.

Oliveira relembra algumas predições do modelo-padrão de evolução estelar. “Estrelas com massas até oito vezes maiores do que a massa do Sol evoluem como anãs brancas. Depois que ejetam grande parte de seu material, o que sobra é o caroço quente e denso, com tamanho aproximadamente igual ao da Terra. Porém, quando a massa é superior a oito massas solares, a estrela explode como supernova ao completar seu ciclo. E o material remanescente colapsa por efeito gravitacional, formando uma estrela de nêutrons. Quando a massa é ainda muito maior do que isso, o colapso gravitacional depois da explosão em supernova origina um buraco negro.”

A HD 45166 é a estrela massiva evoluída mais magnética encontrada até o momento. O estudo em pauta mostrou que ela possui um campo magnético de 43 quilogauss. “Nossos cálculos sugerem que, ao explodir como supernova do tipo Ib ou IIb e entrar em colapso gravitacional, daqui a alguns milhões de anos, seu campo magnético se concentrará devido ao colapso e ela provavelmente se tornará uma estrela de nêutrons com um campo magnético da ordem de 100 trilhões de gauss”, informa o pesquisador.

Nesse momento, a HD 45166 terá originado um magnetar, o tipo de ímã mais poderoso que se conhece no Universo – mais de 100 milhões de vezes mais forte do que os mais fortes ímãs produzidos pela humanidade. São conhecidos atualmente cerca de 30 magnetares. A HD 45166 encontra-se a cerca de 3.200 anos-luz da Terra, na direção da constelação de Monoceros.

O pesquisador fornece detalhes. “A HD 45166 é um sistema binário, formado por uma estrela de tipo qWR [quasi–Wolf-Rayet], que é uma estrela de hélio evoluída, massiva e extremamente quente, e por uma estrela da sequência principal de tipo espectral B, portanto, uma estrela azul em sua fase adulta, mas não tão evoluída. Elas estão separadas por cerca de 10,5 unidades astronômicas, isto é, por 10,5 vezes a distância média entre a Terra e o Sol. E orbitam uma à outra com período de 22,5 anos. A qWR é, atualmente, pouco menor do que o Sol, apesar de dez vezes mais quente, enquanto sua estrela companheira tem duas vezes e meia o volume do Sol e o dobro da sua temperatura.”

Histórico

Estas e muitas outras informações levantadas pelo estudo são fruto de um trabalho que, somado, se estendeu por mais de 20 anos. Oliveira começou a estudar a HD 45166 em sua pesquisa de doutorado, que se desenvolveu de 1998 a 2003, inicialmente no Observatório do Pico dos Dias, do Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA), localizado entre os municípios de Brazópolis e Piranguçu, em Minas Gerais, e, depois, no Observatório de La Silla, da colaboração European Southern Observatory (ESO), situado no Deserto de Atacama, no Chile. E Tomer Shenar e sua equipe agregaram informações obtidas em várias instalações ao redor do mundo, principalmente no Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT), em Mauna Kea, no Havaí.

“Foram fundamentais os dados de espectropolarimetria produzidos por Shenar e colaboradores no CFHT”, sublinha Oliveira. Em astronomia e astrofísica, a espectropolarimetria é uma técnica que analisa o espectro da luz polarizada emitida por objetos para determinar algumas de suas propriedades, particularmente o campo magnético. “As características de polarização circular observadas na HD 45166, bem como o Efeito Zeeman, isto é, o desdobramento das raias espectrais, detectado em algumas raias, confirmam a presença de um forte campo magnético”, afirma o pesquisador.

A componente mais ativa do sistema binário HD 45166 é, evidentemente, a qWR. Essas estrelas de tipo Wolf-Rayet, assim nomeadas em homenagem aos astrônomos franceses Charles Wolf e Georges Rayet, que as descobriram em 1867, são objetos massivos com largas e intensas linhas de emissão características do hélio e outros elementos químicos mais pesados (carbono, nitrogênio e oxigênio), que atestam sua maturidade, isto é, o fato de se encontrarem em fase avançada do ciclo de evolução estelar.

“Nossa estrela de interesse é basicamente o núcleo de hélio exposto de uma estrela que perdeu suas camadas externas de hidrogênio. A proposta que fazemos é que tenha se formado pela fusão de duas estrelas de hélio de menores massas. No estágio atual, é suficientemente massiva para explodir em supernova e produzir uma estrela de nêutrons e suficientemente forte em campo magnético para gerar um magnetar”, conclui Oliveira.

Parte deste trabalho foi financiada pela FAPESP por meio de bolsa no exterior concedida a Oliveira.

O artigo A massive helium star with a sufficiently strong magnetic field to form a magnetar pode ser acessado em: www.science.org/doi/10.1126/science.ade3293.