Pulsares

Pulsares – Definição

Os pulsares são tipos de estrelas de nêutrons; as relíquias mortas de estrelas massivas.

O que define pulsares além de estrelas de nêutrons regulares é que elas são altamente magnetizada, e girando a velocidades enormes.

Pulsares é uma fonte celestial de radiação eletromagnética pulsante (como ondas de rádio), caracterizada por um curto intervalo de tempo relativamente constante (como .033 segundo) entre os pulsos que é realizada para ser um estrela de neutrons em rotação.

Pulsares é uma estrela de neutrons que emite pulsos rápidos e periódicos de radiação. A estrela de neutrons é uma bola extremamente compacta de nêutrons criados a partir do núcleo central de uma estrela que entrou em colapso por ação da gravidade durante uma explosão de supernova.

Estrelas de nêutrons são extremamente densa: são apenas 10 km ou menos em tamanho, mas tem a massa de uma estrela média (geralmente cerca de 1,5 vezes a massa do nosso Sol).

A estrela de neutrons que emite regularmente pulsos de radiação é conhecido como um pulsar.

Pulsares – O que são

Estrela de Neutrons

Os pulsares são estrelas excepcionalmente pequenas e muito densas.

Tanto que 260 milhões deles poderiam caber no mesmo volume da Terra, e 1,3 milhões de Terras caberiam no mesmo volume de nosso Sol.

Apesar de terem uma pequena fração do tamanho da Terra, os pulsares podem apresentar um campo gravitacional até 1 bilhão de vezes mais forte que o nosso.

Os astrônomos acreditam que essas estrelas de nêutrons sejam remanescentes de estrelas que entraram em colapso ou de supernovas. À medida que uma estrela moribunda perde energia, ela entra em colapso. A partir desse momento, toda a sua matéria é comprimida para seu próprio interior, tornando-se cada vez mais densa.

Quanto mais a matéria da estrela se move em direção ao seu centro, ela gira cada vez mais rápido, da mesma forma que os praticantes de patinação artística giram mais rápido ao juntar seus braços. Isso explica a rotação incrivelmente rápida de certos pulsares.

Por que os pulsares “pulsam”?

Os pulsares, na realidade, não ligam e desligam. Eles emitem um fluxo de energia constante. Essa energia é concentrada em um fluxo de partículas eletromagnéticas que são ejetadas a partir dos pólos magnéticos da estrela à velocidade da luz.

O eixo magnético da estrela de nêutrons forma um ângulo com o eixo de rotação, exatamente como o norte magnético e o norte verdadeiro da Terra são ligeiramente diferentes. À medida que a estrela gira, esse feixe de energia se espalha através do espaço, como o feixe de luz de um farol ou a luz de uma ambulância. Somente quando esse feixe incide diretamente sobre a Terra é que podemos efetuar a detecção do pulsar com os radiotelescópios.

Mesmo que os pulsares emitam luz no espectro visível, eles são tão pequenos e estão tão distantes de nós que não é possível detectar essa luz. Somente os radiotelescópios podem detectar a forte energia de rádio em alta freqüência que eles emitem.

Pulsares

O que esperamos aprender por meio da busca e do estudo contínuos dos pulsares?

Como os pulsares são encontrados entre os restos de uma supernova que entrou em colapso, eles podem nos ajudar a entender o que ocorre quando as estrelas entram em colapso. Eles também podem nos fornecer uma percepção sobre o nascimento e a evolução do universo. Além disso, há muitas formas pelas quais o comportamento dos pulsares pode variar ao longo do tempo.

Primeiro, porque o período de cada pulsar não é exatamente constante. A fonte da radiação eletromagnética que podemos detectar é a energia rotacional da estrela de nêutrons. À medida que o pulsar emite essa radiação, ele perde um pouco de sua energia rotacional e fica mais lento.

Por meio da medição de seus períodos de rotação, mês após mês e ano após ano, podemos deduzir exatamente o quanto eles ficaram mais lentos, quanta energia foi perdida no processo e o quanto eles ainda viverão até que seu giro fique tão lento que não serão mais capazes de brilhar.

Podemos também observar que cada pulsar é único em seu modo de ser. Alguns deles são excepcionalmente brilhantes, alguns apresentam tremores equivalentes aos nossos terremotos que momentaneamente aumentam seu giro, outros têm como companheiras estrelas em órbitas binárias e algumas dúzias deles giram de forma extraordinariamente rápida, até mil vezes por segundo. Cada nova descoberta fornece dados novos e únicos, que podem ser utilizados pelos cientistas para entender o universo.

Os pulsares são pequenas estrelas densas, conhecidas como estrelas de nêutrons, com um diâmetro de somente 20 km. Podemos detectar explosões periódicas regulares de radiação eletromagnética emitida por essas estrelas durante sua rotação. Algumas delas giram muito rápido – até 1000 revoluções por segundo!

O primeiro pulsar foi descoberto acidentalmente em 1967 por Jocelyn Bell e Antony Hewish. Eles estavam estudando fontes conhecidas de emissões de rádio com um grande radiotelescópio na Universidade de Cambridge quando detectaram explosões periódicas de ruído de rádio, aparentemente se originando de uma dessas fontes. No início, a regularidade dos pulsos levou os cientistas a especularem que poderiam ser sinais de vida extraterrestre; porém, como foram descobertas mais fontes similares, uma explicação para esse comportamento ficou mais clara.

A descoberta desse pulsar, e mais três outros em Cambridge, foi logo seguida por mais descobertas em outros observatórios no mundo. Todos os novos objetos se comportavam da mesma forma, emitindo pulsos curtos de ruído em um período específico, que permaneciam constantes para cada pulsar. O primeiro deles, chamado mais tarde de PSR 1919+21 por causa de sua localização no céu, emitia um pulso a cada 1,33 segundos, e os outros tinham períodos de assinatura nas vizinhanças de um a alguns segundos. Mais recentemente, foram descobertos pulsares que emitem até 1.000 pulsos por segundo.

Desde 1967, mais de mil pulsares foram descobertos e catalogados, estimando-se atualmente que a nossa galáxia, a Via Láctea, contenha talvez até um milhão deles. Então, por que continuamos a busca por novos pulsares? O que pode haver de tão interessante de forma que mil deles ainda não seja um número suficiente? Por que ainda utilizamos os radiotelescópios para observar os pulsares conhecidos até duas vezes por mês?

Pulsares – Descoberta

Pulsares

Em Julho de 1967 Jocelyn Bell, uma jovem aluna pós graduada, estudava, no Observatório Astronômico de Cambridge, as gravações referentes a um trabalho destinado originalmente à investigação de quasares. Foi então que esta reparou no que parecia ser uma cintilação rápida envolvendo uma fonte fraca.

O que causou algumas suspeitas foi o fato da cintilação estar a ocorrer a meio da noite, altura em que as cintilações são pouco frequentes. Além disso, o sinal estava só presente numa fração do tempo necessário para o feixe de recepção da antena passar pela fonte no céu. Se o sinal tivesse aparecido uma só vez seria, seguramente, causado por uma interferência. No entanto, em Setembro o sinal já tinha aparecido seis vezes. A constância na posição dos sinais mostrou que os sinais vinham, provavelmente, de um corpo celeste. Depois de desaparecer por seis semanas o sinal reapareceu. Gravações de alta velocidade começaram então a revelar que os sinais vinham segundo uma sucessão regular de pulsos com apenas um segundo de intervalo.

Nenhum objeto celeste, conhecido na altura, emitia sinais com aquelas características!

Porque não foram descobertos antes

Uma das questões mais intrigantes sobre estes sinais foi o porquê do sinal não ter sido detectado antes. A resposta prende-se com o fato de não só o sinal ser muito fraco mas também pela energia deste decrescer nos comprimentos de onda usados pela maior parte dos astrônomos – que variam desde poucos centímetros a um metro. Para detectar o sinal não só era necessário um rádio telescópio operando com comprimentos de onda de alguns metros, mas também que as observações das mesmas áreas do céu fossem repetidas com um sistema de gravação rápido o suficiente para registar os pulsos. Todas estas características estavam reunidas no rádio telescópio de Cambridge.

Características do sinal

Os sinais apareciam como sucessões regulares de pulsos com intervalos de 1s e com duração de 10 a 20 milisegundos, o que indicava que o objeto não poderia ter mais que algumas centenas de quilômetros de raio, visto que a fonte não pode emitir um pulso num tempo inferior ao necessário para a luz a atravessar.

Outra curiosa característica do sinal era o fato de cada pulso ter um comprimento de onda diferente. Ora, conhecendo a densidade de electrões livres no vácuo e a diferença entre tempos de recepção de dois pulsos com comprimentos de onda diferentes é possível detectar a distância da fonte. Infelizmente não se conhece a densidade exata de electrões livres, sendo esta estimada em um electrão em dez centímetros cúbicos. O primeiro sinal detectado seria, então, proveniente de uma fonte a uma distância de 130 parsecs1.

A mais notável característica do sinal era, no entanto, a regularidade com que este aparecia. Quando se adicionaram as correções devido ao efeito de Doppler descobriu-se que o sinal podia ser previsto com uma precisão de dez milisegundos durante várias semanas.

Estrelas de neutrões e pulsares, qual a ligação?

O físico indiano Chandrasekhar Subrahmanyan ajudou, em 1930, a prever a existência de estrelas de neutrões. Uma estrela, como o Sol, mantém o seu tamanho equilibrando a pressão interna (devida às reações nucleares que ocorrem no seu interior) com a força gravítica. À medida que o combustível interior se vai gastando a estrela contrai para um menor volume. No entanto, um novo equilíbrio é possível devido à pressão resultante do movimento interno dos electrões.

A essas estrelas dá-se o nome de anãs brancas. Porém, se a estrela for muito maior que o Sol, à medida que o seu volume diminui, efeitos quânticos e o princípio de exclusão de Pauli ditam que os electrões apenas podem ser compactados num volume menor se a sua energia aumentar. Eventualmente a energia é tão grande que os protões e electrões combinam-se dando origem a neutrões. Chandrasekhar descobriu que só se a massa de uma estrela fosse 1.4 vezes a do Sol é que se formariam estas estrelas de neutrões.

Atualmente pensa-se que os pulsares são estrelas de neutrões rodando a grande velocidade.

Características dos pulsares

Uma característica dos pulsares é o fato destes girarem muito depressa. Isto ocorre devido à conservação do momento angular, pois quando a estrela colapsa dá-se uma diminuição do seu momento de inércia, aumentando desta forma a sua velocidade angular. É esta a razão pela qual os pulsares apresentam uma frequência de rotação tão elevada(tendo períodos de rotação que podem ir desde quatro segundos até cerca de um milésimo de segundo), enquanto que a maioria dos corpos celestes têm uma frequência de rotação comparável à da Terra.

A parte exterior dos pulsares é constituída por uma camada de ferro ou níquel, que delimita a parte interna constituída por neutrões altamente compactados. Os pulsares possuem um campo magnético extremamente intenso, que pode chegar a biliões de vezes o campo magnético da Terra. Eles são, muitas vezes, confundidos com os quasares devido ao fato de terem um nome semelhante, contudo os quasares são bastante diferentes dos pulsares, emitindo ondas de rádio extremamente intensas, cuja energia emitida pode ir até cem vezes a energia emitida pela nossa galáxia! Como já se referiu, a massa de um pulsar é, aproximadamente, 1.4 vezes a massa do nosso sol mas, devido ao seu tamanho relativamente pequeno, a densidade de um pulsar é extremamente elevada, sendo que o volume ocupado por uma colher de açúcar tem a massa de milhões de toneladas. Devido a isto também a gravidade de um pulsar é extremamente elevada, sendo que, à sua superfície, a gravidade é 300 000 vezes superior á da Terra.

Porque é que os pulsares emitem sinais de rádio?

Os sinais de rádio emitidos pelos pulsares não são completamente entendidos. Uma teoria bastante divulgada baseia-se no forte campo magnético do pulsar que força a sua atmosfera ionizada a girar em torno dele. Algumas porções desta atmosfera chegariam então à velocidade da luz sendo então libertadas do campo magnético. Quando isso acontecesse um sinal de rádio seria gerado e formar-se-ia um feixe devido a efeitos relativistas. Há ainda a referir a extrema regularidade destes sinais de rádio, que chega mesmo a ser superior à dos relógios atômicos de Césio. Alguns pulsares possuem uma precisão de um segundo em dez milhões de anos, enquanto que o relógio atômico possui uma precisão de um segundo num milhão de anos.

Alguns Pulsares conhecidos

Um dos pulsares mais conhecidos é o pulsar do caranguejo, que se encontra no centro da nebulosa do caranguejo. A supernova que deu origem a este pulsar foi observada na Terra em 1054 d. C. por astrônomos chineses e japoneses.

Este pulsar é o mais energético que se conhece, roda cerca de 30 vezes por segundo e está altamente magnetizado. Ele caracteriza-se também por emitir dois pulsos de radiação por cada revolução.

A luz visível emitida por este pulsar é suficientemente forte para que este seja visível nas fotografias da nebulosa do caranguejo. Outros pulsares conhecidos são os pulsares de Vela e o de Geminga.

Estes dois pulsares emitem radiação na frequência dos raios gama. O pulsar de Geminga localizase na constelação dos Gémeos e o seu período é de aproximadamente 237 milisegundos.

O ritmo ao qual a velocidade de rotação está a descer indica que este pulsar terá aproximadamente 300,000 anos. O pulsar de Vela localiza-se na constelação de Vela e tem um período de 89 milisegundos.

Pulsares – O que é

Estrela de Neutrons

Um Pulsar é uma fonte de rádio estelar emissora de impulsos de duração média de 35 milésimos de segundo, e que se repetem em intervalos extremamente regulares da ordem de 1,4 aproximadamente.

O nome “pulsar” é oriundo da expressão inglesa “Pulsating Radio Source” (Fonte de Rádio Pulsante).

Os pulsares também são chamados de Estrelas de Nêutron, que é definido como uma estrela que entrou em colapso ao suportar uma degenerada pressão de nêutrons.

A estrela de nêutron foi teoricamente prevista pelo físico soviético Lev Landau, em 1932, e estudada em detalhes pelos físicos J. Robert Oppenheimer, Robert Serber e George M. Volkoff, de 1938 a 1939.

Durante muitos anos os astrônomos duvidaram de sua existência, até que, em 1967, foi descoberto o primeiro pulsar.

Desde então, a teoria dos pulsares se desenvolveu tão rapidamente que parece virtualmente correto que os impulsos rádios e ópticos emitidos pelo pulsar tenham origem na própria energia proveniente de um estrela de nêutrons em rotação.

Para confirmar tal hipótese, descobriu-se a existência de alguns pulsares no interior de supernovas remanescentes, como aquele registrado na nebulosa de Caranguejo.

Esse foi um dos fortes elementos em favor da teoria de que os pulsares são na realidade estrelas de nêutron.

Fonte: www.seed.slb.com/www.universetoday.com/www.colegiosaofrancisco.com.br