O universo está cheio de objetos que desafiam a imaginação, mas poucos são tão extremos quanto um pulsar. Imagine uma estrela que já morreu, mas continua girando centenas de vezes por segundo, emitindo feixes de radiação tão regulares que poderiam ser usados para medir o tempo. É exatamente isso que um pulsar faz. Ele é o núcleo remanescente de uma estrela massiva que explodiu em uma supernova, deixando para trás um objeto incrivelmente denso, composto quase inteiramente de nêutrons. Com cerca de 20 quilômetros de diâmetro, mas com a massa de uma estrela inteira, uma colher de chá de seu material pesaria cerca de um bilhão de toneladas. E, apesar de seu tamanho minúsculo para os padrões cósmicos, ele gira com uma precisão que faria qualquer relógio parecer desleixado.
Os pulsares foram descobertos em 1967 pela astrônoma Jocelyn Bell Burnell, que detectou pulsos de rádio regulares vindos do espaço. No início, alguns pensaram que aqueles sinais poderiam ser de civilizações extraterrestres, mas logo se percebeu que eram estrelas de nêutrons em rotação. Desde então, mais de 3.000 pulsares foram catalogados, e eles se tornaram ferramentas indispensáveis para os astrônomos. Cada pulsar é um farol cósmico, girando como um farol marítimo, iluminando o espaço com feixes de ondas de rádio, raios-X e radiação gama.
A natureza dos pulsares e como eles se formam
Um pulsar começa sua vida como uma estrela massiva, com pelo menos oito vezes a massa do Sol. Durante milhões de anos, essa estrela queima combustível em seu núcleo até que o ferro comece a se acumular. Nesse ponto, a fusão nuclear para, e a pressão interna que sustentava a estrela contra a gravidade cessa. O núcleo colapsa em frações de segundo, e a camada externa explode em uma supernova. O que sobra desse colapso é uma estrela de nêutrons, um objeto tão denso que os prótons e elétrons se fundiram em nêutrons.
Durante o colapso, a estrela original, que podia ter o tamanho do Sol, se contrai para apenas cerca de 20 quilômetros de diâmetro. Mas a lei da conservação do momento angular faz com que sua rotação acelere drasticamente. É como um patinador que puxa os braços para perto do corpo e começa a girar mais rápido. A estrela de nêutrons pode passar a girar centenas de vezes por segundo, com períodos que variam de milissegundos a alguns segundos.
Além da rotação, a estrela de nêutrons possui um campo magnético extremamente intenso, trilhões de vezes mais forte que o campo magnético da Terra. Esse campo magnético está alinhado com o eixo de rotação, e é ele que gera os feixes de radiação que observamos. Partículas carregadas são aceleradas ao longo das linhas de campo magnético, emitindo radiação em forma de feixes concentrados. Quando esses feixes apontam para a Terra, detectamos um pulso. O intervalo entre os pulsos é tão regular que alguns pulsares são usados como padrões de tempo mais precisos do que os relógios atômicos.
A rotação extrema e os pulsos precisos
Os pulsares giram com uma regularidade impressionante. O pulsar mais rápido conhecido, chamado PSR J1748-2446ad, completa 716 rotações por segundo. Isso significa que a cada 0,0014 segundo ele dá uma volta completa. Para se ter uma ideia, uma lâmina de um liquidificador comum gira a cerca de 1.500 rotações por minuto, ou 25 por segundo. Esse pulsar é mais de 28 vezes mais rápido. A superfície de um pulsar com essa rotação extrema se move a uma fração significativa da velocidade da luz, o que cria efeitos relativísticos que distorcem o espaço ao redor.
A precisão dos pulsos é tão alta que os astrônomos usam alguns pulsares como “relógios cósmicos”. O PSR B1919+21, o primeiro pulsar descoberto, tem um período de 1,337 segundos e é tão estável que pode ser usado para calibrar instrumentos. Mas os pulsares de milissegundo, como o PSR J0437-4715, têm períodos de apenas alguns milissegundos e são ainda mais precisos. A estabilidade desses pulsares é comparável à dos melhores relógios atômicos, e eles são usados para testar teorias fundamentais da física.
O que torna a rotação tão estável é a conservação do momento angular e o fato de que a estrela de nêutrons é quase perfeita em sua simetria. Qualquer pequena irregularidade na superfície seria compensada pela gravidade intensa, que age como uma força restauradora. No entanto, com o tempo, os pulsares perdem energia na forma de radiação e ondas gravitacionais, o que desacelera gradualmente sua rotação. Essa desaceleração, embora pequena, pode ser medida e usada para estimar a idade do pulsar.
Diferentes tipos de pulsares e seus usos científicos
Existem vários tipos de pulsares, classificados de acordo com sua fonte de energia e seu período de rotação. Os pulsares de rádio são os mais comuns e emitem principalmente ondas de rádio. Os pulsares de raios-X, por outro lado, emitem radiação em comprimentos de onda mais curtos e geralmente estão em sistemas binários onde a matéria de uma estrela companheira cai sobre eles. Os pulsares de milissegundo são uma subclasse especial que foi “reciclada” pela acreção de matéria de uma estrela companheira, fazendo com que acelerem sua rotação para períodos inferiores a 10 milissegundos.
Os pulsares também são ferramentas para estudar o meio interestelar. Quando os pulsos viajam pelo espaço, eles passam por nuvens de gás e poeira, que retardam e distorcem as ondas de rádio de diferentes formas. Analisando essa dispersão, os astrônomos podem mapear a distribuição de matéria na galáxia, incluindo matéria escura e campos magnéticos. É uma técnica que só é possível graças à regularidade dos pulsares, transformando-os em sondas de todo o universo.
Outro uso fascinante é a detecção de ondas gravitacionais. Os pulsares de milissegundo são tão estáveis que, quando uma onda gravitacional passa entre eles e a Terra, a distância entre eles muda ligeiramente, alterando o tempo de chegada dos pulsos. Essa técnica, chamada de cronometragem de pulsares, está sendo usada para detectar ondas gravitacionais de fundo de baixa frequência, que podem ter origem em buracos negros supermassivos binários no centro de galáxias. É uma forma de usar o próprio universo como um detector.
Pensar nos pulsares é quase uma experiência meditativa. Eles são restos de estrelas que explodiram, girando eternamente, com uma precisão que beira a perfeição. São faróis em um oceano de escuridão, guiando nossos olhos e instrumentos para entender o que acontece nas regiões mais extremas do cosmos. Cada pulso que detectamos é um eco de uma morte estelar, uma mensagem que viajou milhões de anos-luz até chegar até nós, e que continua nos ensinando sobre a natureza do tempo, da matéria e da gravidade. No fim, um pulsar não é apenas uma estrela morta; é uma máquina do tempo cósmica que nos lembra o quão vasto e misterioso é o universo que habitamos.
