Pesquisadores do Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA concluíram recentemente um novo estudo de simulação numérica, utilizando supercomputadores para revelar os detalhes complexos das poderosas interações do campo magnético de um sistema binário de estrelas de nêutrons nos momentos que antecedem sua fusão final. Esta pesquisa fornece novas perspectivas para a previsão dos sinais observacionais que tais eventos astronômicos extremos podem liberar.
A pesquisa foi liderada pelo investigador principal Dimitrios Schiatas, que atualmente trabalha no Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA, e as descobertas de sua equipe foram publicadas no The Astrophysical Journal. A equipe de pesquisa utilizou o supercomputador Pleiades, no Centro de Pesquisa Ames da NASA, na Califórnia, para realizar mais de 100 simulações de alta precisão da interação entre duas estrelas de nêutrons, cada uma com 1,4 vezes a massa do Sol, nos momentos finais antes de sua fusão, concentrando-se nos processos físicos que ocorrem aproximadamente 7,7 milissegundos antes da fusão.
"Pouco antes da colisão das estrelas de nêutrons, a região altamente magnetizada que as circunda, repleta de plasma — a magnetosfera — começa a interagir intensamente. Estudamos os últimos ciclos orbitais antes da fusão, durante os quais os campos magnéticos entrelaçados sofrem mudanças rápidas e drásticas, e simulamos os sinais de alta energia que poderiam ser observados", explicou Schiatas. O coautor Constantinos Karapotarakos acrescentou: "Em nossas simulações, a magnetosfera age como um circuito magnético, reorganizando-se constantemente à medida que as estrelas orbitam. Rastrear esse processo de evolução não linear em alta resolução é exatamente o motivo pelo qual precisamos de um supercomputador."
Fusões de estrelas de nêutrons são eventos de altíssima energia no universo, capazes de produzir breves explosões de raios gama, ondas gravitacionais e a síntese de elementos pesados. Os resultados da simulação mostram que, na fase que antecede a fusão final, as magnetosferas das duas estrelas de nêutrons se emaranham e se recombinam violentamente, com as linhas do campo magnético se rompendo e se reconectando constantemente. Esse processo produz uma ampla gama de radiação eletromagnética, de raios X a raios gama, mas sua distribuição de brilho é irregular e fortemente dependente do ângulo de observação e da orientação relativa dos campos magnéticos das estrelas de nêutrons.
O coautor Zolavar Vadiasinger destaca: "Nossa pesquisa mostra que o brilho emitido por esses sistemas varia muito e é distribuído de forma desigual; portanto, a perspectiva de observadores distantes é crucial para a compreensão do processo de fusão." O estudo indica que raios gama e raios X de baixa energia têm maior probabilidade de escapar do sistema em fusão, tornando-se potenciais sinais observáveis.
O valor desta simulação em supercomputador reside em fornecer previsões teóricas para futuros dispositivos de observação. Demosthenes Kazanas afirmou: "Um dos valores deste tipo de pesquisa é que ela nos ajuda a descobrir o que os futuros observatórios poderão observar e o que devemos procurar em ondas gravitacionais e ondas de luz." A pesquisa indica que futuros telescópios espaciais de raios gama ou raios X de amplo campo, se puderem operar em conjunto com redes de observação de ondas gravitacionais, terão a oportunidade de capturar sinais eletromagnéticos de alerta dessas fusões de estrelas de nêutrons, possibilitando, assim, observações "multimensageiras" mais completas de eventos de colisão.
