A Evolução dos Pulsars de Milissegundo

Os pulsares de milissegundos (MSPs) são um tipo especial de estrela de nêutrons que gira bem rápido. Estrelas de Nêutrons são restos densos que ficam depois que uma estrela massiva explode em uma supernova. Um MSP se forma quando puxa material de uma estrela companheira, fazendo com que gire mais rápido. Esse processo é chamado de reciclagem. Durante essa fase, o sistema é muitas vezes visível como um binário de raios X, o que significa que emite raios X enquanto a estrela de nêutrons puxa material de sua companheira.

#O que torna os MSPs únicos?

Um exemplo de MSP é o PSR J1402+13. Esse pulsar é interessante porque tem um período de giro específico e uma mudança nesse período ao longo do tempo, conhecido como derivada do período de rotação. Normalmente, os MSPs têm pequenas mudanças em seu período de giro, mas o PSR J1402+13 é diferente. Este texto discute como a evolução dos MSPs pode levar a altas derivadas do período e quais fatores influenciam isso.

#O papel dos Sistemas Binários

Em um sistema binário, onde duas estrelas orbitam uma à outra, uma estrela de nêutrons pode puxar material da sua estrela companheira. À medida que faz isso, a estrela de nêutrons gira mais rápido. Dependendo da massa da estrela companheira, o sistema pode parecer um binário de raios X de alta massa ou de baixa massa. Atualmente, existem mais de 3.300 pulsares conhecidos, com cerca de 530 identificados como MSPs. Alguns desses MSPs alternam entre dois estados: movidos por rotação e movidos por acréscimo, mostrando uma forte conexão entre os MSPs de rádio e certos binários de raios X.

#A evolução de um MSP

O comportamento giratório dos MSPs é crucial para estudar a natureza das estrelas de nêutrons. As mudanças em seu giro podem dar uma ideia das propriedades físicas das estrelas de nêutrons e da evolução dos binários de raios X. À medida que a estrela de nêutrons acumula material, pode acelerar ou desacelerar seu giro com base em vários fatores, incluindo a taxa de Transferência de Massa da estrela companheira.

Existem três comportamentos principais de um MSP dependendo da taxa de transferência de massa:

1. Desaceleração por Rádio: A estrela de nêutrons desacelera seu giro.
2. Desaceleração por Propulsor: A estrela de nêutrons está em uma fase onde empurra o material ao invés de puxá-lo.
3. Aceleração por Acréscimo: A estrela de nêutrons puxa material e acelera seu giro.

Esses comportamentos são influenciados pela massa transferida da estrela companheira e pela intensidade do campo magnético da estrela de nêutrons. Quando a transferência de massa desacelera ou para, o sistema pode se tornar um pulsar de rádio.

#O problema da taxa de nascimento

Apesar do progresso em entender os MSPs, ainda existem desafios. Por exemplo, os números de MSPs previstos não correspondem ao número observado de binários de raios X de baixa massa dos quais se pensa que evoluem. Alguns pesquisadores sugerem que a Irradiação, que é quando raios X da estrela de nêutrons afetam a estrela companheira, pode ajudar a resolver esse problema. A irradiação impacta principalmente estrelas que têm uma camada convectiva, levando a ciclos de transferência de massa que encurtam o tempo gasto em um estado de binário de raios X de baixa massa.

A irradiação também mostrou ser um fator na formação de MSPs únicos, como os pulsares viúva negra e redback, que podem evoluir um do outro. Esse efeito também pode influenciar a criação de pulsares de raios X de milissegundos em acréscimo (AMXPs) e esses sistemas podem eventualmente se tornar MSPs.

#Métodos para estudar MSPs

Para estudar como os MSPs evoluem, os cientistas usam um código de evolução estelar para simular diferentes cenários. Nessas simulações, eles consideram uma estrela de nêutrons com uma massa padrão e uma estrela companheira que está começando sua vida. O processo começa com essas duas estrelas em uma órbita estável. As simulações ajudam a determinar como fatores como a taxa de transferência de massa, o campo magnético inicial e os efeitos da irradiação impactam a evolução da estrela de nêutrons.

#O processo de transferência de massa

A taxa de transferência de massa é crucial para entender como a estrela de nêutrons evolui. Ela é determinada através de modelos que levam em conta a interação entre as duas estrelas. Durante a transferência de massa, o sistema pode passar por ciclos onde a estrela companheira se expande e puxa material de volta para o sistema ou se desliga e inicia um novo ciclo. Isso pode levar a vários estágios entre ser um binário de raios X de baixa massa e um pulsar de rádio.

#O impacto da irradiação

A irradiação desempenha um papel significativo em mudar como a estrela companheira evolui. Quando a estrela de nêutrons puxa material, emite raios X que podem aquecer e expandir a estrela companheira. Essa mudança de temperatura pode aumentar a taxa de transferência de massa. Podem haver ciclos onde a estrela companheira se expande, fazendo com que a estrela de nêutrons receba mais material, o que, por sua vez, pode levar a um giro mais rápido. Esses processos podem acontecer repetidamente à medida que as condições da estrela companheira mudam.

#Evolução do giro da estrela de nêutrons

Vários fatores podem influenciar como o giro de uma estrela de nêutrons muda ao longo do tempo. Isso inclui interações com o material sendo transferido da estrela companheira. A estrela de nêutrons pode experimentar um aumento ou diminuição em seu giro com base nessas interações. Compreender essas mudanças proporciona uma visão sobre o campo magnético da estrela de nêutrons e como ele pode evoluir com o tempo.

#Resultados das simulações

Através de simulações, os pesquisadores podem acompanhar a evolução dos MSPs com base em vários parâmetros. Eles podem examinar como fatores como a intensidade do campo magnético e a eficiência da irradiação impactam o giro e a massa da estrela de nêutrons. As simulações mostram que uma taxa de transferência de massa mais alta pode levar a um período de giro mais baixo, significando que a estrela de nêutrons gira mais rápido.

Os resultados demonstram que a presença de irradiação faz os MSPs evoluírem de maneiras únicas. Por exemplo, com uma eficiência de irradiação específica, a estrela de nêutrons pode alcançar um período de giro mais baixo enquanto mantém uma alta derivada do período de giro, que é vista em alguns MSPs observados.

#Implicações para a formação de MSPs

As descobertas dessas simulações sugerem que a irradiação tem um papel fundamental na formação de MSPs com altas derivadas do período de giro. Isso contraria algumas teorias anteriores que não conseguiam explicar completamente por que certos MSPs se comportavam da maneira que fazem sob condições similares.

O processo de transferência de massa e irradiação não apenas afeta como a estrela de nêutrons gira, mas pode também influenciar o ciclo de vida geral do sistema binário. Variações nesses parâmetros podem levar a diferentes caminhos evolutivos para os MSPs, mostrando a complexidade de sua formação e evolução.

#Conclusão

O estudo dos pulsares de milissegundos oferece informações valiosas sobre os ciclos de vida das estrelas de nêutrons e como elas interagem com suas estrelas companheiras. O processo de reciclagem que leva à formação dos MSPs é complexo e influenciado por vários fatores, incluindo taxas de transferência de massa, campos magnéticos e efeitos de irradiação.

Através de pesquisas e simulações contínuas, os cientistas esperam esclarecer os processos que levam a altas derivadas do período de giro e ajudar a resolver questões existentes, como o problema da taxa de nascimento dos MSPs. Entender essas estrelas não só ilumina seus comportamentos individuais, mas também aprimora nosso conhecimento sobre a evolução estelar em sistemas binários.