Roman da NASA preparado para transformar a busca por estrelas de nêutrons indescritíveis

Os astrônomos sabem há muito tempo que as estrelas de nêutrons, os núcleos esmagados deixados para trás após a explosão de estrelas massivas, deveriam estar espalhadas por toda a Via Láctea. No entanto, a maioria deles é efetivamente invisível. Um novo estudo publicado na Astronomy and Astrophysics sugere que o próximo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA poderia localizá-los de qualquer maneira.

Usando simulações detalhadas da Via Láctea e observações futuras de Roman, os pesquisadores mostraram que o observatório principal pode ser capaz de identificar e caracterizar dezenas de estrelas de nêutrons isoladas através de um efeito sutil chamado microlente gravitacional.

“A maioria das estrelas de nêutrons são relativamente fracas e isoladas”, disse Zofia Kaczmarek, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, que liderou o estudo. o estudo. “Eles são incrivelmente difíceis de detectar sem algum tipo de ajuda.”

Encontrando o que é invisível

Estrelas de nêutrons coloque mais massa do que o Sol em uma esfera do tamanho de uma cidade. Estudá-los nos ajuda a entender como as estrelas vivem, morrem e espalham elementos pesados ​​por todo o universo. Eles também oferecem a oportunidade de estudar o que acontece nas condições mais extremas (pressões e densidades) imagináveis.

No entanto, a menos que sejam pulsares que irradiam em comprimentos de onda de rádio ou brilham em raios X, eles podem permanecer ocultos até mesmo dos telescópios mais poderosos.

Roman pode procurá-los de uma maneira diferente. Quando um objeto massivo como uma estrela de nêutrons se move na frente de uma estrela de fundo distante, sua intensa gravidade distorce o espaço-tempo e desvia a luz da estrela de fundo. Este efeito de microlente torna brevemente a estrela de fundo mais brilhante e parece deslocada de sua verdadeira posição no céu.

Embora muitos telescópios possam detectar o brilho temporário, Roman pode medir tanto o brilho (fotometria) quanto a pequena mudança de posição (astrometria) da estrela objeto de lente com precisão excepcional.

Como as estrelas de nêutrons são relativamente massivas, elas produzem um sinal astrométrico maior do que objetos mais leves, permitindo que missões como a Roman não apenas as detectem, mas também as pesem em alguns casos, algo que é quase impossível apenas com a fotometria.

“O que é realmente interessante no uso de microlentes é que você pode obter medições diretas de massa”, disse o coautor do artigo, Peter McGill, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore. “A fotometria diz-nos que algo passou em frente da estrela, mas é a quantidade de mudanças na posição da estrela que nos diz a massa desse objeto. Ao medir essa pequena deflexão no céu, podemos pesar diretamente algo que de outra forma não seria visto.”

As medições de Roman podem ajudar os astrónomos a determinar se existe uma verdadeira lacuna entre as massas das estrelas de neutrões e dos buracos negros e a que velocidade as estrelas de neutrões se movem.

Os cientistas estão particularmente interessados ​​em compreender os poderosos “empurrões” que as estrelas de neutrões recebem quando nascem em explosões de supernovas. Esses chutes podem fazê-los correr pela galáxia a centenas de quilômetros por segundo.

Grandes pesquisas, alta chance de retorno

A equipe de pesquisa utilizará o futuro de Roman Pesquisa no Domínio do Tempo do Bojo Galácticoque monitorará milhões de estrelas ao mesmo tempo em vastas imagens do céu, tiradas em alta frequência.

“Vamos começar a trabalhar assim que os dados começarem a chegar”, disse McGill. “Mesmo nos primeiros meses após o comissionamento, esperamos começar a identificar eventos promissores.”

Mesmo um número relativamente pequeno de detecções confirmadas poderia melhorar significativamente os modelos de explosões estelares e matéria extrema.

“Não sabemos com certeza a distribuição de massa das estrelas de nêutrons, dos buracos negros ou onde um termina e o outro começa”, disse McGill. “Roman será realmente um avanço nisso.”

Embora apenas alguns milhares de estrelas de nêutrons tenham sido detectadas até agora, principalmente como pulsares, os cientistas estimam que possam existir dezenas de milhões a centenas de milhões na Via Láctea. Além disso, até o momento, os pesquisadores só conseguiram medir as massas das estrelas de nêutrons em pares binários.

“Estamos vendo uma pequena amostra que não representa o quadro geral”, disse Kaczmarek. “Mesmo uma única medição de massa seria muito poderosa. Se encontrássemos apenas uma estrela de nêutrons isolada, já seria incrivelmente estimulante para a nossa pesquisa.”

Olhando para frente

O estudo também destaca um uso criativo das capacidades da missão. Embora a pesquisa de Roman seja projetada principalmente para encontrar exoplanetas usando microlentes fotométricas, suas poderosas capacidades astrométricas abrem a porta para descobertas inteiramente novas com microlentes astrométricas.

“Isso não fazia parte do plano original”, disse McGill. “Mas acontece que a capacidade astrométrica de Roman é realmente boa na detecção de estrelas de nêutrons e buracos negros, então podemos adicionar um novo tipo de ciência às pesquisas de Roman.”

Se as previsões se confirmarem, a missão poderá fornecer a primeira grande amostra de estrelas de neutrões isoladas descobertas apenas através da sua gravidade, revelando uma população oculta que permaneceu fora de alcance até agora. Espera-se que Roman transforme o estudo das microlentes e das populações ocultas de objetos em nossa galáxia, de exoplanetas invasores a remanescentes estelares como estrelas de nêutrons.

O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman é gerenciado no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, com a participação do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia; Caltech/IPAC em Pasadena, Califórnia; o Instituto de Ciências do Telescópio Espacial em Baltimore; e uma equipe científica composta por cientistas de diversas instituições de pesquisa. Os principais parceiros industriais são BAE Systems Inc. em Boulder, Colorado; L3Harris Technologies em Rochester, Nova York; e Teledyne Scientific & Imaging em Thousand Oaks, Califórnia.

Para saber mais sobre a visita romana:

https://nasa.gov/roman

Por Hannah Braun
Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, Baltimore, Maryland.
hbraun@stsci.edu

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