Terremotos estelares | Starquakes

Uma ruptura na crosta de uma estrela de nêutrons altamente magnetizada, mostrada aqui numa concepção artística, pode disparar erupções de alta energia. Observações do Fermi  dessas explosões incluem informações sobre como a superfície da estrela gira e vibra, proporcionando novas visões do que há por baixo.

Tais sinais foram identificados pela primeira vez durante o esmaecimento de gigantes labaredas produzidas por magnetares. Durante os últimos 40 anoss, gigantescas labaredas foram observadas somente em três ocasiões — em 1979, 1998 e 2004 — e signais relacionados a starquakes, ou terremotos estelares, que fazem com que as estrelas de nêutrons soem como sinos, foram identificados somente nos dois eventos mais recentes.

"O Monitor de Raios Gama do Fermi (GBM)  captou as mesmas provas de erupções menores e muito mais frequent es, chamadas surtos, abrindo o potencial de uma grande quantidade de novos dados para nos ajudar a entender como as estrelas de nêutrons são postas juntas," disse Anna Watts,  astrofícica da Universidad de Amsterdã, na Holanda, e coautora de um novo estudo sobre a tempestade de surtos, ou explosões. "E fica-se sabendo que o GBM do Fermi é a ferramenta perfeita para este trabalho."

Estrelas de nêutrons são os os objetos mais densos, magnéticos e de giro mais rápido do universo que os cientistas conseguem observar diretamente. Cada um deles é o núcleo espremido de uma estrela de grande massa cujo combustivel esgotou-se, ruiu sob o próprio peso, e explodiu como supernova. Um estrela de nêutrons contém uma massa equivalente à de meio milhões de planetas iguais à Terra confinada em uma esfera com um diâmetro de cerca de 12 milhas, mais ou menos a extensão da Ilha de Manhattan, em Nova York.

Enquanto estrelas de nêutrons comuns têm campos magnéticos trilhões de vezes mais fortes que o da Terra, a atividade eruptiva observada dos magnetares exige campos ainda 1.000 vezes mais fortes. Até agora, astrônomos confirmaram somente 23 magnetares.

Como a crosta sólida das estrelas de nêutrons está presa em um intenso campo magnético, a interrupção de um afeta imediatamente o outro. Uma fratura na crosta levaria a um rearranjo do campo magnético; ou  uma súbita reorganização do campo magnético pode, em vez disso, romper a superfície. De qualquer forma, a modificações desencadeiam uma súbita liberação de energia armazenada através de potentes explosões que fazem vribrar a crosta, um movimento que se torna marcado nos sinais das explosões de raios gama e raios X.

É necessária uma incrível quantidade de energia para convulsionar uma estrela de nêutrons. A comparação mais aproximada na Terra é o terremoto de magnitude 9,5 graus na escala Richter ocorrido no Chile em 1960, que se classifica como o mais potente desses eventos já registrado na escala padrão utilizada por sismólogos. Naquela escala, disse Watts, um terremoto estelar,  starquake,  associado a uma gigantesca labareda de magnetar atingiria a magnitude 23.

Tradução de Luiz Leitão

A rupture in the crust of a highly magnetized neutron star, shown here in an artist's rendering, can trigger high-energy eruptions. Fermi observations of these blasts include information on how the star's surface twists and vibrates, providing new insights into what lies beneath.

Such signals were first identified during the fadeout of rare giant flares produced by magnetars. Over the past 40 years, giant flares have been observed just three times -- in 1979, 1998 and 2004 -- and signals related to starquakes, which set the neutron stars ringing like a bell, were identified only in the two most recent events.

"Fermi's Gamma-ray Burst Monitor (GBM) has captured the same evidence from smaller and much more frequent eruptions called bursts, opening up the potential for a wealth of new data to help us understand how neutron stars are put together," said Anna Watts, an astrophysicist at the University of Amsterdam in the Netherlands and co-author of a new study about the burst storm. "It turns out that Fermi's GBM is the perfect tool for this work."

Neutron stars are the densest, most magnetic and fastest-spinning objects in the universe that scientists can observe directly. Each one is the crushed core of a massive star that ran out of fuel, collapsed under its own weight, and exploded as a supernova. A neutron star packs the equivalent mass of half-a-million Earths into a sphere about 12 miles across, roughly the length of Manhattan Island in New York City.

While typical neutron stars possess magnetic fields trillions of times stronger than Earth's, the eruptive activity observed from magnetars requires fields 1,000 times stronger still. To date, astronomers have confirmed only 23 magnetars.

Because a neutron star's solid crust is locked to its intense magnetic field, a disruption of one immediately affects the other. A fracture in the crust will lead to a reshuffling of the magnetic field, or a sudden reorganization of the magnetic field may instead crack the surface. Either way, the changes trigger a sudden release of stored energy via powerful bursts that vibrate the crust, a motion that becomes imprinted on the burst’s gamma-ray and X-ray signals.

It takes an incredible amount of energy to convulse a neutron star. The closest comparison on Earth is the 9.5-magnitude Chilean earthquake of 1960, which ranks as the most powerful ever recorded on the standard scale used by seismologists. On that scale, said Watts, a starquake associated with a magnetar giant flare would reach magnitude 23.