Uma medição inédita de um magnetar pode ter capturado o espaço vazio agindo de uma forma que os físicos previram por 90 anos, mas nunca observaram diretamente. Os resultados foram publicados na quarta-feira na Nature.
O conceito deste artista retrata o magnetar 1E 1547.0-5408, uma estrela de nêutrons que gira rapidamente com campos magnéticos mais de um trilhão de vezes mais fortes que os da Terra. Curvas azuis emanadas dos dois polos magnéticos da estrela representam as linhas do campo magnético. O magnetar é um emissor significativo de radiação de rádio e raios X, com seus picos deslocados durante seu período de rotação de 2,1 segundos. Isso indica que o emissor primário de raios X é um ponto quente secundário deslocado em relação ao eixo magnético. Esses emissores são representados como seções cônicas: a emissão de rádio azul mais claro atinge o pico no eixo de simetria do campo magnético, enquanto a emissão de raios X azul-escura atinge o pico abaixo. Os cones de emissão superior e inferior apresentam graus de polarização dos raios X de 40% e 80%, respectivamente. Esses valores elevados, juntamente com variações suaves e coerentes na polarização ao longo do período de rotação, fornecem o sinal mais definitivo até hoje de birrefringência do vácuo, uma previsão há muito buscada da eletrodinâmica quântica.
NASA/Pablo Garcia
Fatos rápidos
- Magnetares são uma classe especial de estrelas de nêutrons com campos magnéticos ultra-fortes, os mais fortes de qualquer objeto no universo observável, cerca de um trilhão de vezes mais fortes do que os ímãs permanentes mais fortes já construídos na Terra. Essas estrelas de nêutrons supermagnéticas oferecem vislumbres da física de ambientes intensos que não podem ser encontrados em nenhum outro lugar.
- Estrelas de nêutrons são os núcleos remanescentes de estrelas massivas, formadas no final de seus ciclos de vida, que possuem mais massa que o Sol, condensadas até o tamanho de uma cidade, tornando-as laboratórios naturais para o estudo da física extrema.
Cientistas que utilizam o IXPE (Explorador de Polarimetria de Raios X por Imagem) da NASA realizaram mais de 140 horas de observações do magnetar 1E 1547-5408 entre março e abril de 2025, ao lado do NICER (Explorador de Composição Interior de Estrelas de Nêutras) da NASA e do radiotelescópio Parkes de Murriyang, CSIRO, de propriedade e operação da agência nacional de ciências da Austrália. Esta foi a primeira medição coordenada de polarização por rádio e raios X de um magnetar.
A 1E 1547-5408, girando em uma rotação completa a cada 2 segundos, é um magnetar único que emite consistentemente energia de rádio brilhante e luz de raios X, por razões que os cientistas ainda tentam entender.
As observações mostraram que a polarização, ou seja, a orientação e o nível de alinhamento dos fótons recebidos, é quase três vezes maior do que observada em fontes semelhantes. Esse alto nível de polarização foi surpreendente, já que a geometria dos campos magnéticos do magnetar sugere que as medições que vemos devem ser próximas de zero em certos pontos da estrela. Modelos padrão de emissão de superfície também não explicam esse valor elevado, indicando que outro efeito deve ser o aumento da polarização.
Entra a birrefringência do vácuo, uma teoria de 90 anos no campo da eletrodinâmica quântica. Proposta pela primeira vez em 1936, a teoria sugere que o vácuo do espaço pode ser alterado por campos magnéticos extremos, muito maiores do que os humanos podem criar na Terra. Nessas condições, o vácuo age como uma lente ou prisma, filtrando a luz com base na direção em que está viajando, aumentando assim sua polarização total. A capacidade da missão IXPE de medir a polarização dos raios X foi essencial para testar essa teoria.
Simulações realizadas pela equipe de pesquisa apoiam a possibilidade de birrefringência do vácuo causar o sinal distinto. Hoa Dinh Thi, pesquisador de pós-doutorado na Rice University em Houston e coautor principal da publicação destacando os resultados, disse: “Nosso modelo sugere que reproduzir as assinaturas de polarização dos raios X observadas, ao mesmo tempo em que satisfaz as restrições impostas pelas observações por rádio, requer a presença de birrefringência no vácuo no ambiente da estrela de nêutrons. Essa descoberta exemplifica como estrelas de nêutrons nos permitem testar física fundamental em ambientes não replicáveis em laboratórios na Terra.”
As medições de grande polarização do magnetar dão forte suporte à previsão teórica e podem ser a primeira vez que esse efeito foi observado diretamente em qualquer lugar.
“Este resultado realmente destaca o poder interdisciplinar do campo da astrofísica”, disse Rachael Stewart, doutoranda na George Washington University e autora principal do artigo publicado na Nature. “As informações que obtivemos ao observar esse núcleo estelar distante também nos dão pistas sobre a natureza do tecido da realidade como a conhecemos, e acho isso incrível.”
Observações IXPE adicionais dessa fonte e de outros magnetares confirmarão esse sinal e potencialmente revelarão outros efeitos exóticos da eletrodinâmica quântica.
Mais sobre o IXPE
A missão IXPE, que continua fornecendo dados sem precedentes permitindo descobertas inovadoras sobre objetos celestes em todo o universo, é uma missão conjunta da NASA e da Agência Espacial Italiana com parceiros e colaboradores científicos em 12 países. Ele é liderado pelo Centro de Voo Espacial Marshall da NASA em Huntsville, Alabama. Com sede em Falls Church, Virgínia, a BAE Systems Inc. gerencia operações de espaçonaves junto com o Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado, em Boulder. Saiba mais sobre a missão contínua da IXPE aqui:
