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O estudo, publicado na revista Ciência e liderado por pesquisadores da Universidade de Pádua, usa dados de um satélite da NASA, o Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), lançado em dezembro passado. O satélite, uma colaboração entre a NASA e a Agência Espacial Italiana, fornece uma nova maneira de observar a luz de raios-X no espaço, medindo sua polarização – a direção da oscilação das ondas de luz.
A equipe analisou a observação do IXPE do magnetar 4U 0142+61, localizado na constelação de Cassiopeia, a cerca de 13.000 anos-luz da Terra. Esta foi a primeira vez que a luz de raios X polarizada de um magnetar foi observada.
Magnetares são estrelas de nêutrons – núcleos remanescentes muito densos de estrelas massivas que explodiram como supernovas no final de suas vidas. Ao contrário de outras estrelas de nêutrons, elas têm um imenso campo magnético – o mais poderoso do universo. Eles emitem raios-X brilhantes e mostram períodos erráticos de atividade, com a emissão de rajadas e chamas que podem liberar em apenas um segundo uma quantidade de energia milhões de vezes maior do que o nosso Sol emite em um ano. Acredita-se que elas sejam alimentadas por seus campos magnéticos ultrapoderosos, 100 a 1.000 vezes mais fortes que as estrelas de nêutrons padrão.
A equipe de pesquisa encontrou uma proporção muito menor de luz polarizada do que seria esperado se os raios-X passassem por uma atmosfera. (A luz polarizada é a luz onde a oscilação está toda na mesma direção – ou seja, os campos elétricos vibram apenas de uma maneira. Uma atmosfera atua como um filtro, selecionando apenas um estado de polarização da luz.)
A equipe também descobriu que, para partículas de luz em energias mais altas, o ângulo de polarização – a oscilação – virou exatamente 90 graus em comparação com a luz em energias mais baixas, seguindo o que os modelos teóricos preveriam se a estrela tivesse uma crosta sólida cercada. por uma magnetosfera externa cheia de correntes elétricas.
A co-autora principal, a professora Silvia Zane (Laboratório de Ciências Espaciais UCL Mullard), membro da equipe científica do IXPE, disse: “Isso foi completamente inesperado. Eu estava convencido de que haveria uma atmosfera. O gás da estrela atingiu um ponto de inflexão e se tornou sólido de uma forma semelhante que a água pode se transformar em gelo, resultado do campo magnético incrivelmente forte da estrela.
“Mas, como a água, a temperatura também é um fator – um gás mais quente exigirá um campo magnético mais forte para se tornar sólido.
“O próximo passo é observar estrelas de nêutrons mais quentes com um campo magnético semelhante, para investigar como a interação entre temperatura e campo magnético afeta as propriedades da superfície da estrela.”
O autor principal, Roberto Taverna, da Universidade de Pádua, disse: “A característica mais emocionante que pudemos observar é a mudança na direção da polarização com a energia, com o ângulo de polarização oscilando exatamente 90 graus.
“Isso está de acordo com o que os modelos teóricos prevêem e confirma que os magnetares são de fato dotados de campos magnéticos ultra-fortes.”
A teoria quântica prevê que a luz que se propaga em um ambiente fortemente magnetizado é polarizada em duas direções, paralela e perpendicular ao campo magnético. A quantidade e a direção da polarização observada carregam a marca da estrutura do campo magnético e do estado físico da matéria na vizinhança da estrela de nêutrons, fornecendo informações inacessíveis de outra forma.
Em altas energias, espera-se que os fótons (partículas de luz) polarizados perpendicularmente ao campo magnético dominem, resultando na oscilação de polarização observada de 90 graus.
O professor Roberto Turolla, da Universidade de Pádua, que também é professor honorário do Laboratório de Ciências Espaciais UCL Mullard, disse: “A polarização em baixas energias está nos dizendo que o campo magnético é provavelmente tão forte para girar a atmosfera ao redor da estrela em um sólido ou líquido, um fenômeno conhecido como condensação magnética.”
Acredita-se que a crosta sólida da estrela seja composta por uma rede de íons, mantidos juntos pelo campo magnético. Os átomos não seriam esféricos, mas alongados na direção do campo magnético.
Ainda é um assunto de debate se os magnetares e outras estrelas de nêutrons têm ou não atmosferas. No entanto, o novo artigo é a primeira observação de uma estrela de nêutrons onde uma crosta sólida é uma explicação confiável.
O professor Jeremy Heyl, da Universidade da Colúmbia Britânica (UBC), acrescentou: “Também vale a pena notar que a inclusão de efeitos eletrodinâmicos quânticos, como fizemos em nossa modelagem teórica, fornece resultados compatíveis com a observação do IXPE. No entanto, também estamos investigando modelos alternativos para explicar os dados do IXPE, para os quais ainda faltam simulações numéricas adequadas.”
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