Resumo:
Recentemente, contando com a sensibilidade de detecção ultra-alta do China Sky Eye FAST, a equipe de pesquisa de pulsares do plano galáctico FAST, liderada pelo pesquisador Han Jinlin, do Observatório Astronômico Nacional, fez uma descoberta importante e capturou um sistema estelar duplo de nêutrons PSRJ1856-0039 em uma órbita estreita. Este sistema é um sistema binário de estrelas de nêutrons com um período orbital extremamente curto e a massa total mais leve atualmente conhecida. Vários resultados de observações verificaram com precisão a teoria geral da relatividade, fornecendo um novo objetivo fundamental para explorar a astrofísica extrema, a natureza da gravidade e a origem dos elementos no universo. Os resultados relevantes da pesquisa foram publicados na Physical Review Letters (PRL) em 15 de setembro de 2026 e foram selecionados pelo editor da revista como resultado principal da recomendação.
As estrelas de nêutrons são restos de corpos celestes extremamente densos formados após a morte e colapso de estrelas massivas. Eles operam com regras precisas e estáveis e são conhecidos como o “relógio de precisão do universo”. O sistema binário de estrelas de nêutrons consiste em duas estrelas de nêutrons orbitando uma à outra. É um sistema especial de corpo celeste extremamente raro no universo. Apenas 30 casos foram descobertos por humanos até agora. Este tipo de sistema celeste foi formado após duas explosões de supernovas e irá fundir-se e evoluir através da radiação de ondas gravitacionais no futuro. É uma importante fonte de nascimento de elementos pesados como ouro e platina no universo. É também um laboratório natural ideal para estudar estados de matéria de densidade extremamente alta, testar a relatividade geral e analisar o mecanismo de explosões de supernovas. Entre elas, as estrelas de neutrões duplos de curto período têm efeitos relativísticos mais fortes e tempos de fusão mais curtos, e têm um valor de investigação científica particularmente notável. Eles sempre foram o objetivo científico central dos levantamentos de pulsares realizados por radiotelescópios internacionais de grande escala.
Como o radiotelescópio de abertura única mais sensível do mundo, o FAST está equipado com um receptor de resfriamento de 19 feixes de banda L de alto desempenho e possui capacidades de detecção de pulsares extremamente fortes. Neste estudo, a equipe contou com um modo de observação instantânea autodesenvolvido para realizar uma busca sistemática em grande escala por pulsares do plano galáctico e, até agora, descobriu com sucesso cerca de 900 novos pulsares. Através de observações precisas de acompanhamento contínuo, a equipe identificou muitos casos de sistemas celestes especiais, e PSRJ1856-0039 foi uma das descobertas revolucionárias.
Dados de observação mostram que o período orbital deste sistema binário de estrelas de nêutrons é de apenas 2,36 horas, ocupando o segundo lugar entre os sistemas binários de estrelas de nêutrons conhecidos. O período orbital extremamente curto significa que a distância entre as duas estrelas de nêutrons é extremamente pequena e as órbitas das estrelas binárias que orbitam uma à outra são extremamente densas. É um dos sistemas binários de estrelas de nêutrons com os efeitos relativísticos mais significativos atualmente conhecidos. Ao mesmo tempo, este sistema atualizou o limite inferior da massa das estrelas duplas de nêutrons conhecido pela humanidade. A massa total é apenas 2.488 vezes a massa do Sol, tornando-a a combinação de estrelas duplas de nêutrons mais leve já descoberta. Entre eles, a massa do pulsar visível é cerca de 1,30 vezes a massa do Sol, e a massa da estrela de nêutrons companheira é cerca de 1,19 vezes a massa do Sol. Esta estrela companheira está entre as estrelas de nêutrons mais leves conhecidas no mundo, aproximando-se do limite inferior de massa teórica das estrelas de nêutrons, fornecendo fortes restrições para a análise precisa do mecanismo físico das explosões de supernovas.
Graças à órbita extremamente densa, o sistema tem um ambiente gravitacional extremamente forte, e a equipa de investigação observou com sucesso uma série de efeitos relativísticos claros. Eles detectaram com precisão a precessão do periapsis da órbita elíptica, o desvio para o vermelho da frequência dos fótons causado pelo forte campo gravitacional, o efeito de dilatação do tempo causado pelo movimento em alta velocidade, bem como a perda de energia do sistema devido à radiação contínua das ondas gravitacionais e ao lento decaimento do período orbital. Os cálculos dos dados mostram que a razão entre o valor de atenuação do período orbital medido desta vez e o valor previsto pela relatividade geral é de 1,009±0,014, confirmando a correção da relatividade geral.
De acordo com a dedução do modelo da equipa, o sistema irá fundir-se dentro de cerca de 82 milhões de anos e acabará por formar uma estrela de neutrões mais massiva com uma elevada probabilidade. Este caminho evolutivo especial desempenha um papel importante na resolução do problema da equação de estado dentro da estrela de nêutrons e na exploração da origem de elementos pesados, como ouro e platina, no universo.
O sistema também tem capacidade para avanços científicos subsequentes. Sua inclinação orbital extremamente pequena e período orbital extremamente curto criam excelentes condições para detectar o efeito de arrasto do referencial produzido quando o pulsar gira. Atualmente, apenas um ou dois exemplos de sistemas binários de estrelas de nêutrons têm potencial para detectar esse efeito. O efeito de arrasto do referencial está diretamente relacionado à inércia rotacional da estrela de nêutrons. Posteriormente, com base nas observações contínuas de alta precisão do FAST, espera-se medir com precisão a inércia rotacional da estrela de nêutrons. Combinadas com os dados de massa das estrelas de nêutrons medidos com precisão, a observação e a pesquisa de longo prazo podem fornecer restrições importantes para questões científicas de ponta, como a revelação do estado material interno das estrelas de nêutrons e a exploração das características básicas da gravidade do espaço-tempo.
Esta pesquisa é apoiada por projetos importantes de pesquisa e desenvolvimento do Ministério da Ciência e Tecnologia e projetos de institucionalização da Academia Chinesa de Ciências. Para saber mais sobre o projeto "FAST Galactic Plane Pulsar Survey" e dados relacionados, visite o site do projeto: http://zmtt.bao.ac.cn/GPPS/.
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