Discovery of Three Glitches in the previously quiet pulsar PSR J1637$-$4642

Nas profundezas do cosmos, girando como faróis cósmicos, estão as estrelas de nêutrons. Estas são os núcleos colapsados de estrelas massivas que explodiram, deixando para trás objetos tão densos que uma única colher de chá de seu material pesaria bilhões de toneladas na Terra. Enquanto giram, elas emitem feixes de radiação que varrem o céu com a precisão de um relógio. Por décadas, astrônomos têm usado esses cronômetros celestiais para testar as leis da física, mas os mais fascinantes são as estrelas jovens e energéticas que às vezes se comportam de forma errática. Ocasionalmente, uma estrela de nêutrons acelerará subitamente sua rotação em um pequeno e agudo solavanco conhecido como glitch. Este fenômeno não é um mau funcionamento, mas uma pista sobre o interior oculto da estrela. Cientistas acreditam que, dentro dessas estrelas, existe um superfluido — uma substância que flui sem qualquer tipo de fricção — ao lado da crosta sólida. Quando a crosta sólida desacelera naturalmente ao longo do tempo, o superfluido sem fricção no interior continua girando em sua velocidade original. Eventualmente, os dois ficam fora de sincronia, e o superfluido subitamente transfere parte de sua velocidade para a crosta, fazendo com que a estrela gire mais rápido. Ao estudar esses glitches, pesquisadores podem espiar o interior de uma estrela que jamais poderão tocar, aprendendo sobre o estranho estado da matéria que existe apenas sob tal pressão extrema.

Por muitos anos, uma estrela de nêutrons em particular, conhecida como PSR J1637–4642, foi considerada incomumente quieta. Descoberta em um levantamento usando o radiotelescópio Parkes, na Austrália, esta estrela jovem havia sido monitorada regularmente por mais de uma década sem mostrar quaisquer sinais desses aumentos súbitos de velocidade. Ela fazia parte de um grupo de pulsares que pareciam desacelerar suavemente, não oferecendo eventos dramáticos para estudo. No entanto, uma nova análise de dados coletados entre 2009 e 2024 derrubou essa imagem de calma. Pesquisadores descobriram agora que esta estrela "quieta" na verdade experimentou três glitches distintos durante esse período. O primeiro e mais poderoso evento ocorreu por volta do início de 2019, onde a frequência de rotação da estrela saltou uma quantidade minúscula, mas mensurável. Dois saltos menores e mais sutis se seguiram, um em 2022 e outro em 2024. O fato de esses eventos terem sido encontrados em uma estrela anteriormente considerada inativa sugere que mesmo as estrelas de nêutrons mais plácidas podem abrigar uma atividade interna significativa, esperando o momento certo para liberar a tensão acumulada.

A equipe por trás desta descoberta, baseada na Universidade de Xiamen, na China, passou anos refinando os dados do telescópio Parkes, que agora se chama Murriyang. Eles tiveram que filtrar cuidadosamente anos de observações, contabilizando mudanças nos equipamentos do telescópio e filtrando interferências dos próprios sinais de rádio da Terra. O trabalho deles revelou que o primeiro glitch foi um evento importante, causando um aumento súbito na taxa de rotação que foi aproximadamente um milhão de vezes maior que os outros dois. Após esse grande salto, a rotação da estrela não voltou imediatamente ao seu ritmo antigo. Em vez disso, mostrou uma recuperação exponencial lenta ao longo de um período de cerca de 100 dias, suavizando gradualmente de volta para um ritmo novo e ligeiramente mais rápido. Os dois glitches menores, por outro contraste, foram tão sutis que a rotação da estrela pareceu saltar para sua nova velocidade e permanecer lá imediatamente, sem qualquer desaceleração detectável depois. Essa diferença de comportamento deu aos cientistas uma oportunidade única de modelar o que estava acontecendo dentro da estrela.

Ao aplicar um modelo físico que descreve como um superfluido se move através do interior da estrela, os pesquisadores foram capazes de estimar o tamanho da região de superfluido envolvida no grande glitch. Seus cálculos sugerem que a porção do interior da estrela que participou do aumento de velocidade corresponde a cerca de 1,9 por cento da massa total da estrela. Essa fração alinha-se perfeitamente com as previsões teóricas para uma camada de nêutrons superfluídos localizada logo abaixo da crosta sólida da estrela. O modelo também indicou que a temperatura interna da estrela é provavelmente de cerca de cem milhões de graus, um valor consistente com a idade da estrela e como ela tem resfriado ao longo do tempo. O fato de a estrela ter mostrado um aumento permanente na rapidez com que estava desacelerando após o glitch reforça ainda mais a ideia de que o superfluido e a crosta haviam se reconectado permanentemente de uma nova maneira.

Esta descoberta desafia a ideia simples de que as estrelas de nêutrons acumulam tensão de uma forma previsível e constante antes de sofrerem um glitch. Se isso fosse verdade, poder-se-ia esperar que os glitches ocorressem em intervalos regulares ou com tamanhos semelhantes. Em vez disso, a PSR J1637–4642 esperou quase dez anos em silêncio e, então, liberou três eventos de magnitudes vastamente diferentes em sucessão rápida. O maior evento foi mil vezes maior que o menor, e eles aconteceram em tempos irregulares. Isso sugere que o processo que desencadeia esses glitches é complexo e talvez um tanto aleatório, dependendo das interações intrincadas e caóticas nas profundezas do núcleo da estrela. Embora os pesquisadores ainda não possam prever quando o próximo glitch acontecerá, seu trabalho prova que mesmo as estrelas que parecem calmas na superfície são dinâmicas e ativas no interior. O estudo reforça a visão padrão de que as estrelas de nêutrons contêm superfluidos e que esses fluidos são a chave para compreender as mudanças violentas e súbitas de rotação que os astrônomos observam através da galáxia.