Uma equipe internacional de cientistas, incluindo pesquisadores do Departamento de Astrofísica do CEA-Paris Saclay, modelou a formação de seu campo magnético, induzida pela dínamo de Tayler-Spruit, e sua evolução ao longo de períodos de várias centenas de milhares de anos.
Figura 1 - Configuração das linhas de campo magnético dipolar dentro da crosta da estrela de nêutrons imediatamente após sua formação, algumas dezenas de segundos após a explosão da supernova.
Crédito: Igoshev et al. 2025
Essa dínamo é gerada pela queda de matéria sobre a estrela de nêutrons logo após sua formação, como resultado da explosão da estrela progenitora em supernova. Os resultados das simulações estão de acordo com as observações dos magnetares de campo fraco ("low-B"), estrelas de nêutrons que possuem campos magnéticos dipolares de 10 a 100 vezes mais fracos que os dos magnetares clássicos.
Esses resultados representam um avanço significativo ao resolver um enigma científico persistente desde a descoberta desses magnetares em 2010. Eles também indicam que os magnetares de campo fraco se formam por um processo diferente daquele dos magnetares clássicos, provavelmente devido a variações nas dínamos das estrelas de nêutrons durante sua formação.
O estudo foi publicado na revista Nature Astronomy.
O mecanismo de dínamo de Tayler-Spruit...
As estrelas de nêutrons são os remanescentes de estrelas massivas que esgotaram seu combustível e depois explodiram em supernova, ejetando a maior parte de suas camadas externas. Entre elas, os magnetares se destacam por seus campos magnéticos intensos, que podem atingir 1015 Gauss, ou seja, dezenas de bilhões de vezes mais poderosos que os campos gerados pelos humanos. Esses campos extremos tornam os magnetares fontes brilhantes e transitórias de emissões de raios X e gama. Uma questão-chave permanece: compreender a origem precisa desses campos e sua evolução ao longo de milhões de anos.
Em 2022, uma equipe do Departamento de Astrofísica (DAp) do CEA Saclay propôs um cenário inovador para explicar a formação desses campos magnéticos extremos, baseado na dínamo de Tayler-Spruit, um processo que converte o movimento do plasma em campo magnético. A dínamo de Tayler-Spruit é ativada principalmente quando a matéria ejetada durante a explosão da supernova cai de volta sobre a jovem estrela de nêutrons.
Em 2023, um estudo aprofundado usando simulações numéricas tridimensionais permitiu reproduzir as intensidades observadas dos campos magnéticos dos magnetares (cf. Figura 1). No entanto, essas simulações se limitavam aos primeiros dez segundos após a formação da proto-estrela de nêutrons. Restava, portanto, entender como esses campos evoluem ao longo de longos períodos.
Figura 2 - Configuração das linhas de campo magnético e distribuição da temperatura da superfície (legenda localizada à direita da imagem) na crosta da estrela de nêutrons, 200.000 anos após sua formação (cf. Figura 1).
A simulação numérica reproduz a topologia complexa do campo magnético, com duas características essenciais dos magnetares de campo fraco:
1. Um campo magnético dipolar de baixa intensidade;
2. A presença de campos magnéticos em pequena escala extremamente intensos, até 50 a 100 vezes mais poderosos que o campo dipolar.
Esses resultados concordam com as observações dos magnetares SGR 0418+5729 e Swift J1882.3-1606, caracterizados por estruturas magnéticas semelhantes. Crédito: Igoshev et al. 2025
... daria origem aos magnetares de campo fraco
Com o objetivo de estudar a evolução de longo prazo dos magnetares cujo campo magnético é gerado pela dínamo de Tayler-Spruit, a equipe do Departamento de Astrofísica (DAp) do CEA Saclay colaborou com pesquisadores das universidades de Newcastle e Leeds, especialistas na evolução das estrelas de nêutrons em escalas de tempo que podem atingir várias centenas de milhares de anos.
O Dr. Andrei Igoshev, autor principal do estudo e pesquisador da Escola de Matemática, Estatística e Física da Universidade de Newcastle, explica: "Este estudo mostra que esse processo desempenha um papel crucial na formação dos campos magnéticos dos magnetares de campo fraco graças à dínamo de Tayler-Spruit."
As simulações numéricas realizadas neste estudo (cf. Figura 2) reproduzem as principais características observadas dos magnetares de campo fraco ("low-B"), incluindo:
- Campos magnéticos dipolares fracos: Esses magnetares apresentam campos magnéticos de 10 a 100 vezes menores que os dos magnetares clássicos, com valores inferiores a 1013 Gauss.
- Curvas de luz em raios X: Devido às suas temperaturas extremamente elevadas, os magnetares emitem principalmente na faixa dos raios X. As simulações reproduzem fielmente essa emissão térmica modulada por pontos quentes na superfície da estrela.
- Surtos e erupções de raios X: O poderoso campo magnético deforma a crosta da estrela de nêutrons, causando esporadicamente pequenas rupturas. Essas deformações desencadeiam flashes luminosos em raios X e gama. As simulações mostram que as condições necessárias para esses eventos são bem reproduzidas.
- Períodos de rotação lentos: Assim como os magnetares clássicos, os de campo fraco apresentam um período de rotação longo em comparação com outras estrelas de nêutrons. Uma hipótese sugerida é que esses magnetares poderiam ser versões envelhecidas de magnetares clássicos, cujo campo magnético dipolar inicialmente forte teria extraído seu momento angular antes de ser gradualmente dissipado. Este estudo propõe outra explicação: seu período de rotação lento resultaria da interação com a matéria circundante proveniente do retorno de matéria após a supernova, que retardaria a rotação da estrela após gerar o campo magnético.
Um enigma científico resolvido!
Com este estudo, os pesquisadores demonstraram que a dínamo de Tayler-Spruit, ativada pela queda de matéria resultante da explosão da supernova, é um mecanismo-chave na formação dos magnetares de campo fraco. Esses trabalhos mostram que esses objetos não são necessariamente remanescentes evoluídos de magnetares clássicos, mas podem resultar de um processo dinâmico desde seu nascimento. Esse cenário oferece uma explicação completa e coerente dos fenômenos observados, resolvendo um enigma científico persistente desde sua identificação em 2010.
"Ao conectar diretamente o processo de dínamo às propriedades observáveis dos magnetares, essas simulações, as primeiras a descrever a evolução de longo prazo do campo magnético a partir de um campo gerado de forma consistente por tal processo, abrem um novo caminho para restringir a formação desses objetos misteriosos", entusiasma-se Jérôme Guilet, pesquisador do DAp e um dos autores do estudo.