Quasares, Blazares, Pulsares e Magnetares

Entenda qual a diferença entre Quasares, Blazares, Pulsares e Magnetares no espaço. Esses fenômenos se originam de processos de buracos negros, entre outros

Adriano Almeida

1/12/202514 min read

QUASARES

Quasares (abreviação de quasi-stellar objects ou objetos quase estelares) são núcleos de galáxias extremamente luminosos e distantes, alimentados por buracos negros supermassivos localizados em seus centros. Eles são um dos tipos mais brilhantes e enigmáticos de objetos astronômicos no universo e foram descobertos nas décadas de 1960 e 1970, inicialmente confundidos com estrelas devido à sua aparência pontual (semelhante a estrelas, mas com características muito diferentes).

O que são?

Buraco negro supermassivo: O coração de um quasar é um buraco negro supermassivo, com uma massa que pode variar de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol. Esse buraco negro está rodeado por um disco de acreção, que é formado por gás e poeira que caem em direção ao buraco negro. À medida que o material se aproxima do buraco negro, ele é acelerado e aquece intensamente, gerando enormes quantidades de radiação.
Emissão intensa de energia: A principal característica de um quasar é a radiação extremamente intensa que ele emite, que pode ser observada em todas as faixas do espectro eletromagnético, desde ondas de rádio até raios-X e raios gama. Essa radiação é gerada pelo acréscimo de matéria no disco de acreção e pela interação dessa matéria com o buraco negro.
Distância e brilho: Os quasares estão entre os objetos mais distantes que conseguimos observar no universo, com muitos deles localizados a bilhões de anos-luz de distância da Terra. Apesar dessa enorme distância, eles são tão brilhantes que podem ser observados com telescópios, superando a luz de toda a galáxia em que estão localizados. Alguns quasares podem ser até milhares de vezes mais brilhantes que uma galáxia inteira, o que os torna visíveis mesmo a grandes distâncias.

Um quasar se forma quando uma galáxia jovem com um buraco negro supermassivo em seu centro tem grande quantidade de material (como gás e poeira) acumulada ao redor do buraco negro. Esse material forma um disco de acreção e é atraído em direção ao buraco negro devido à sua grande força gravitacional. Quando o material se aproxima do buraco negro, ele se aquece devido à enorme fricção e aceleração, liberando enormes quantidades de energia que brilham intensamente em várias faixas do espectro.

Características

Emissão de radiação intensa: Quasares emitem uma quantidade massiva de radiação eletromagnética. Essa radiação é gerada no disco de acreção ao redor do buraco negro, onde o material aquecido emite luz em várias faixas, como ultravioleta, raios-X, e luz visível.
Radiação não térmica: Ao contrário de estrelas normais, cuja luz é emitida principalmente por radiação térmica (associada à temperatura), os quasares emitem radiação não térmica, o que significa que a fonte de sua luminosidade está relacionada a processos como a aceleração de partículas a velocidades próximas à da luz.
Variabilidade: A luminosidade dos quasares pode variar ao longo do tempo, frequentemente em escalas de dias ou meses. Essas variações são importantes para os astrônomos, pois fornecem pistas sobre o comportamento do material no disco de acreção e o comportamento do buraco negro supermassivo.
Jatos relativísticos: Muitos quasares emitem jatos de partículas a velocidades próximas à da luz. Esses jatos podem ser direcionados para fora do centro da galáxia e são responsáveis por grande parte da radiação observada em raios-X e radiação de partículas.

Diferenças entre Quasares e Galáxias

Embora os quasares sejam localizados no centro de galáxias, o que os torna diferentes é o fato de que a maior parte da luminosidade do quasar não vem das estrelas na galáxia, mas sim do buraco negro supermassivo em seu centro e do disco de acreção ao redor dele. Em outras palavras, os quasares são essencialmente "núcleos galácticos ativos", onde a radiação intensa gerada pelo buraco negro supera a luz emitida pelas estrelas da galáxia. Os quasares podem ser classificados em diferentes tipos, dependendo da observação de sua radiação e características:

Tipos de Quasares

Quasares de rádio: Quasares que emitem grandes quantidades de radiação nas ondas de rádio. Eles podem ter jatos poderosos que se estendem a grandes distâncias da galáxia.
Quasares de baixa luminosidade: Alguns quasares têm menor luminosidade em comparação com outros, mas ainda assim são muito mais brilhantes do que uma galáxia típica.
Blazares: Um subtipo de quasar onde os jatos de partículas estão diretamente alinhados com a linha de visão da Terra, o que faz com que esses objetos apareçam extremamente brilhantes e altamente variáveis.

O que podemos aprender

Buracos negros supermassivos: O estudo dos quasares nos ajuda a entender mais sobre os buracos negros supermassivos, como eles crescem, como afetam as galáxias ao seu redor e como a matéria é acelerada perto deles.
Formação do universo: Os quasares são uma das primeiras fontes de luz observadas no universo, com muitos quasares distantes ajudando os cientistas a estudar o universo primitivo. Eles fornecem informações sobre como as galáxias e os buracos negros se formaram nos primeiros bilhões de anos após o Big Bang.
Energia e radiação extremas: Quasares também são valiosos para o estudo de fenômenos astrofísicos extremos, como a aceleração de partículas e os processos que geram radiação de altíssima energia.

BLAZARES

Os blazares fazem parte de uma classe maior de objetos chamados quasares (ou núcleos galácticos ativos), que são galáxias com núcleos muito luminosos devido à atividade intensa de seus buracos negros centrais. A principal diferença entre os blazares e os outros quasares ou núcleos ativos é o ângulo de observação dos jatos emitidos.

Buraco negro supermassivo: No centro de cada blazar há um buraco negro supermassivo, que tem uma massa milhões ou bilhões de vezes maior que a do Sol. Esse buraco negro está rodeado por um disco de acreção, que é formado por material (gás e poeira) sendo puxado em direção ao buraco negro. À medida que esse material se aquece, ele emite grandes quantidades de radiação.
Jatos relativísticos: Além da radiação gerada pelo disco de acreção, o buraco negro pode gerar jatos de partículas (geralmente elétrons e prótons) que são aceleradas a velocidades muito próximas à da luz. Quando esses jatos estão alinhados em direção à Terra, o objeto é classificado como um blazar. A emissão de radiação desses jatos é muito intensa e pode ser observada em várias frequências, incluindo raios-X e raios gama, além de radiofrequências.

Características

Emissão de radiação intensa: Os blazares são extremamente luminosos, com a emissão de radiação em todas as faixas do espectro eletromagnético — do rádio até os raios gama. Eles podem ser até milhões de vezes mais brilhantes que a galáxia inteira em algumas dessas faixas.
Variabilidade: Os blazares apresentam uma variabilidade de brilho muito forte e rápida. Eles podem mudar de intensidade em questão de horas ou dias, um comportamento que é associado à dinâmica do material em torno do buraco negro e ao modo como os jatos interagem com o ambiente.
Efeito Doppler: Quando o jato apontado na direção da Terra está se movendo a velocidades próximas à da luz, ele sofre o efeito Doppler, o que faz com que a radiação emitida seja intensificada e observada em frequências mais altas. Isso contribui para o brilho excepcional desses objetos.
Polarização da luz: A luz emitida por um blazar é frequentemente polarizada, o que significa que as ondas de luz oscilam em uma direção preferencial. Isso é causado pelo movimento das partículas altamente energéticas no jato.

Tipos de Blazares

Existem diferentes tipos de blazares, dependendo das características de emissão e da orientação dos jatos:

BL Lacertae (ou BL Lac): Este é um tipo de blazar em que a emissão de raios-X e raios gama é mais fraca ou está ausente, mas a radiação de ondas de rádio e luz visível pode ser muito intensa. Eles são caracterizados por uma emissão não térmica, ou seja, não vêm de um corpo quente como o disco de acreção, mas sim de partículas altamente aceleradas nos jatos.
Quasares de Blazar (ou quasares): Quasares que se alinham na direção da Terra e emitem jatos intensos em várias faixas do espectro. Eles são frequentemente mais brilhantes em raios-X e raios gama, com uma estrutura de jato mais visível.

O que podemos aprender

Os blazares são importantes para os astrônomos por várias razões:

Estudo dos buracos negros supermassivos: Eles ajudam os cientistas a entender melhor o comportamento dos buracos negros supermassivos e seus discos de acreção, bem como os jatos relativísticos que eles geram. A radiação emitida pode revelar detalhes sobre a física extrema perto desses buracos negros.
Propriedades da matéria em altas energias: O estudo dos blazares também permite que os cientistas investiguem as condições físicas extremas no espaço, como a aceleração de partículas a velocidades tão altas e as interações dessas partículas com o ambiente ao redor.
Exploração de fenômenos astrofísicos extremos: Eles fornecem uma janela para estudar fenômenos astrofísicos extremos, como o efeito de velocidades próximas à da luz, intensas emissões de radiação, e a dinâmica de objetos em torno de buracos negros.

Blazares são objetos astronômicos fascinantes que emitem radiação extremamente intensa devido à presença de um buraco negro supermassivo em seu centro e a aceleração de partículas em jatos relativísticos. Esses jatos, quando apontados em direção à Terra, tornam o blazar visivelmente mais brilhante e variável, com uma emissão de radiação que vai do rádio até os raios gama. Além disso, eles oferecem uma oportunidade única para estudar buracos negros e fenômenos astrofísicos de altíssima energia.

PULSARES

Pulsares são estrelas de nêutrons altamente magnetizadas e em rápida rotação, que emitem feixes de radiação eletromagnética (como ondas de rádio, luz visível, raios-X e raios gama) de forma extremamente regular. Esses feixes são emitidos ao longo dos pólos magnéticos da estrela e, à medida que a estrela gira, esses feixes varrem o espaço, criando um padrão de pulsação observado da Terra. O nome "pulsar" vem dessa característica de emissão de radiação em pulsos regulares, como se fosse um farol cósmico.

Como se formam os pulsares?

Pulsares se formam a partir de estrelas massivas que passaram pelo processo de supernova. Uma supernova é uma explosão estelar que ocorre quando uma estrela massiva (com pelo menos 8 vezes a massa do Sol) chega ao fim de sua vida e colapsa sob sua própria gravidade. Esse colapso resulta na formação de uma estrela de nêutrons.

Estrela de nêutrons: Uma estrela de nêutrons é uma estrela extremamente densa, composta quase inteiramente por nêutrons, e tem uma massa comparável à do Sol, mas com um raio de apenas cerca de 10 a 20 km. Devido à sua densidade, uma colher de chá de material de uma estrela de nêutrons poderia pesar bilhões de toneladas.

Quando essa estrela de nêutrons possui um campo magnético muito forte e gira rapidamente, ela pode se tornar um pulsar. O campo magnético gera feixes de radiação, que são emitidos ao longo dos pólos magnéticos da estrela. À medida que a estrela gira, esses feixes varrem o espaço, e a radiação é detectada como pulsos regulares.

Características

Emissão de radiação em pulsos: A principal característica dos pulsares é a emissão de radiação eletromagnética em pulsos regulares. Esses pulsos podem ser extremamente precisos, com períodos que variam de milissegundos a vários segundos. Em alguns casos, a regularidade dos pulsos é tão precisa que os pulsares podem ser usados como relógios cósmicos.
Rápida rotação: As estrelas de nêutrons que se tornam pulsares giram a uma velocidade extremamente alta. A rotação pode ser tão rápida quanto 1000 rotações por segundo. Essa rápida rotação contribui para a emissão de radiação intensa e também é responsável pela regularidade dos pulsos.
Campo magnético forte: Pulsares têm campos magnéticos muito mais fortes que os da Terra. O campo magnético é responsável por canalizar as partículas carregadas e criar os feixes de radiação emitidos pela estrela.
Período de pulsação: O intervalo de tempo entre os pulsos (chamado de período de pulsação) é muito regular. Isso ocorre porque a rotação da estrela de nêutrons é extremamente constante, o que mantém a frequência dos pulsos estável. O período de pulsação pode ser de milissegundos (para pulsares rápidos) ou segundos (para pulsares mais lentos).

Tipos de Pulsares

Existem diferentes tipos de pulsares, com base em suas características de emissão e rotação:

Pulsares de rádio: São os mais comuns e emitem principalmente ondas de rádio. A radiação é observada em forma de pulsos regulares com base na rotação da estrela de nêutrons.
Pulsares de raios-X: Alguns pulsares emitem radiação em raios-X. Esses pulsares geralmente estão em sistemas binários, onde a estrela de nêutrons captura material de uma estrela companheira. Esse material cai na estrela de nêutrons e é aquecido a temperaturas altíssimas, emitindo raios-X.
Pulsares milissegundos: São pulsares que giram extremamente rápido, com períodos de pulsação da ordem de milissegundos (milésimos de segundo). Esses pulsares podem ser resultado da acumulação de material de uma estrela companheira em um sistema binário, o que acelera sua rotação.
Pulsares de magnetar: Um tipo raro de pulsar, os magnetars são estrelas de nêutrons com campos magnéticos extremamente fortes, milhões de vezes mais intensos que o campo magnético típico de um pulsar. Eles podem emitir erupções de raios-X ou raios gama devido à instabilidade de seus campos magnéticos.

Como os Pulsares são Observados?

Os pulsares podem ser detectados e estudados principalmente por meio de radioastronomia ou observações de raios-X. As observações podem revelar a regularidade dos pulsos, o que permite aos astrônomos determinar as características da estrela de nêutrons, como sua rotação e o campo magnético. Em alguns casos, as variações nos pulsos podem indicar interações com o ambiente ao redor da estrela, como a presença de um companheiro binário ou a interação com o meio interestelar.

Aplicações dos Pulsares

Relógios cósmicos: Devido à precisão dos pulsos emitidos pelos pulsares, eles podem ser usados como relógios cósmicos. Isso significa que os cientistas podem usar a regularidade dos pulsos para estudar fenômenos astronômicos e para medir distâncias no espaço com grande precisão.
Estudo da gravidade: Pulsares são úteis para estudar a gravidade extrema e testar teorias como a relatividade geral. Em sistemas binários de pulsares (onde dois pulsares giram em torno um do outro), os cientistas podem observar como a gravidade afeta o movimento dos pulsares e verificar as previsões da teoria de Einstein.
Ondas gravitacionais: Alguns sistemas binários de pulsares estão sendo usados para detectar ondas gravitacionais. Quando dois pulsares giram em torno um do outro, eles emitem ondas gravitacionais, que podem ser detectadas e analisadas para estudar a natureza da gravidade e do espaço-tempo.

MAGNETARES

Magnetars são um tipo raro de estrela de nêutrons com um campo magnético extremamente forte — na verdade, eles têm os campos magnéticos mais intensos conhecidos no universo, milhões de vezes mais poderosos do que os de um pulsar típico. Esses objetos são uma das formas mais exóticas e energéticas de estrelas de nêutrons.

Magnetars se formam a partir do colapso de estrelas massivas que passam pelo processo de supernova. Quando uma estrela massiva (com pelo menos 8 vezes a massa do Sol) chega ao fim de sua vida, ela explode como uma supernova, e o núcleo remanescente da estrela pode se compactar em uma estrela de nêutrons.

No caso de um magnetar, a estrela de nêutrons gerada no colapso possui um campo magnético extremamente forte devido a flutuações durante o processo de formação. Em vez de ter um campo magnético típico de uma estrela de nêutrons, que já é muito forte, o magnetar tem um campo magnético de extrema intensidade.

Características

Campo magnético intenso: O campo magnético de um magnetar pode ser de 10^14 a 10^15 gauss, enquanto o campo magnético da Terra é apenas cerca de 0,5 gauss. Esse campo magnético é tão poderoso que pode distorcer o espaço-tempo ao redor do magnetar, e influencia profundamente o comportamento do material próximo a ele.
Erupções de raios-X e raios gama: Devido à sua intensa atividade magnética, os magnetars frequentemente experimentam erupções violentas de radiação, que podem incluir enormes explosões de raios-X e raios gama. Essas erupções podem durar de milissegundos a segundos, liberando uma quantidade enorme de energia.
Energia de alto nível: A energia emitida por um magnetar durante essas erupções pode ser milhões de vezes mais intensa que a energia de outras estrelas, tornando-os um dos objetos mais energéticos do universo. Essas erupções podem ser detectadas a bilhões de anos-luz de distância.
Rotação rápida: Magnetars, como outras estrelas de nêutrons, giram muito rapidamente, embora, em comparação com pulsares, sua rotação possa ser mais lenta. A rotação pode causar mudanças no campo magnético, o que contribui para as erupções de radiação que eles emitem.
Vida curta: A vida útil de um magnetar, em termos de sua atividade magnética, é relativamente curta (na ordem de dezenas a centenas de milhares de anos), pois as fontes de energia que geram o campo magnético começam a diminuir com o tempo. Com o tempo, o magnetar perde a maior parte de sua energia e se torna menos ativo.

Diferença entre Magnetar e Pulsar

Embora ambos sejam tipos de estrela de nêutrons, a principal diferença entre um magnetar e um pulsar está no campo magnético:

Pulsar: Tem um campo magnético forte, mas não tão intenso quanto o de um magnetar. Emite radiação principalmente em ondas de rádio, embora também em outras faixas do espectro, de forma regular devido à sua rotação.
Magnetar: Tem um campo magnético muito mais forte (milhões de vezes mais intenso) e, em vez de emitir radiação de forma regular, pode ter erupções de raios-X e raios gama altamente energéticas e imprevisíveis.

Como os Magnetars Afetam o Ambiente ao Redor?

O campo magnético de um magnetar é tão forte que pode afetar a matéria ao seu redor, distorcendo a estrutura dos átomos e até mesmo deformando o espaço-tempo. Em alguns casos, as interações magnéticas intensas podem gerar ondas gravitacionais ou radiação extremamente poderosas, que podem viajar grandes distâncias pelo espaço.

Descoberta e Estudos de Magnetars

O primeiro magnetar foi descoberto em 1998, e ele foi identificado como uma fonte de raios-X de alta energia chamada SGR 1806-20. Desde então, mais magnetars foram identificados, principalmente com a ajuda de observatórios que estudam raios-X e raios gama, como o Chandra X-ray Observatory e o Fermi Gamma-ray Space Telescope.

Implicações para a Física

Os magnetars são fascinantes para os astrônomos e físicos porque testam as extremas leis da física, como a teoria da relatividade geral e a física do magnetismo em condições extremas. O estudo desses objetos pode fornecer informações valiosas sobre a matéria sob condições de densidade e magnetismo extremo, e como os campos magnéticos tão fortes afetam a matéria e o espaço-tempo.

Conclusão

Os quasares são alguns dos objetos mais fascinantes e poderosos do universo, caracterizados pela intensa radiação emitida por um buraco negro supermassivo no centro de galáxias distantes. Eles são fundamentais para entender a física dos buracos negros, a formação de galáxias e os processos extremos que ocorrem em regiões próximas a buracos negros supermassivos. Além disso, os quasares são objetos chave no estudo do universo primitivo, já que muitos deles existem a bilhões de anos-luz de distância e podem fornecer informações preciosas sobre os primeiros estágios da formação do cosmos.

Blazares são um tipo de núcleo ativo de galáxia extremamente brilhante e energético, caracterizado por um buraco negro supermassivo localizado no centro da galáxia. O que torna um blazar tão interessante e único é a presença de jatos relativísticos de partículas que são lançados a velocidades próximas à da luz, que estão apontando diretamente para a Terra. Esses jatos emitem grandes quantidades de radiação em várias faixas do espectro eletromagnético, desde rádio até raios gama.

Pulsares são estrelas de nêutrons em rápida rotação que emitem radiação de forma extremamente regular em feixes direcionados ao longo de seus pólos magnéticos. Esses feixes são observados como pulsos regulares, tornando os pulsares objetos fascinantes no estudo da física estelar, da relatividade geral, da gravidade extrema e das ondas gravitacionais. Sua precisão e os fenômenos extremos que geram fazem deles ferramentas poderosas para a astronomia moderna.

Magnetares são estrelas de nêutrons com campos magnéticos extraordinariamente fortes, que geram erupções intensas de radiação, como raios-X e raios gama. Eles são alguns dos objetos mais energéticos e misteriosos do universo, e seu estudo pode oferecer insights sobre a física de extremos magnéticos e gravitacionais. Esses objetos continuam a ser uma área ativa de pesquisa na astrofísica moderna.