Em 2015, astrofísicos descobriram um sistema que consiste em duas estrelas compactas orbitando uma a outra: um pulsar (ou seja, uma estrela de nêutrons altamente magnetizada, de rotação rápida e emissora de luz) e uma chamada estrela companheira. A estrela companheira neste sistema tem uma massa de 1,174 massas solares (M ), que é significativamente menor do que a de outras estrelas de nêutrons conhecidas com massas medidas com precisão.

A natureza desta estrela de massa leve no sistema pulsar binário J0453+1559 ainda não foi completamente elucidada. Nos últimos anos, alguns físicos têm tentado lançar mais luz sobre sua natureza, usando tanto teoria quanto ferramentas computacionais.

Enquanto alguns pesquisadores sugeriram que poderia ser uma estrela de nêutrons, outros questionaram essa hipótese, sugerindo , em vez disso , que poderia ser uma anã branca. Notavelmente, esses dois tipos de estrelas têm origens diferentes: uma estrela de nêutrons é formada quando uma estrela massiva sofre uma explosão de supernova , enquanto uma anã branca surge quando uma estrela com massa baixa a média esgota seu combustível nuclear e desprende suas camadas externas.

Pesquisadores da Monash University e da Swinburne University of Technology recentemente executaram simulações 3D de explosões de supernovas, para explorar a possibilidade de que a estrela de baixa massa no sistema J0453+1559 seja uma estrela de nêutrons. O artigo deles, publicado na Physical Review Letters , sugere que essa estrela poderia de fato ser uma estrela de nêutrons e não uma anã branca, como alguns estudos anteriores sugeriram.

"Estávamos trabalhando com colaboradores em outro artigo que agora foi publicado na Nature Astronomy ", disse Bernhard Müller, primeiro autor do artigo. "Este artigo reuniu observações de estrelas de nêutrons para reconstruir a distribuição de massa das estrelas de nêutrons. A origem de uma estrela de nêutrons de massa muito baixa no sistema J0453+1559 foi debatida por um tempo, mas as observações também mostraram algumas outras estrelas de nêutrons com massa bem baixa."

Inicialmente, Müller e seus colegas Alexander Heger e Jade Powell começaram a procurar possíveis estrelas progenitoras para a estrela de baixa massa dentro do grande banco de dados de modelos de evolução estelar disponíveis para eles. Eles então realizaram simulações de supernova para determinar como as teorias atuais de evolução estelar poderiam explicar uma estrela de nêutrons com uma massa tão baixa.

"Observamos 25 modelos de evolução estelar de estrelas próximas à massa mínima necessária para explosões de supernovas", explicou Müller. "Nós focamos em cinco deles, onde esperávamos que a massa da estrela de nêutrons fosse particularmente baixa por causa da estrutura do núcleo do progenitor, especificamente a massa do núcleo de ferro e silício.

"No entanto, a quantidade de massa que acaba na estrela de nêutrons está sujeita a uma dinâmica de explosão complexa (por exemplo, a matéria ainda pode cair na estrela de nêutrons enquanto a explosão já está se desenvolvendo)."

Os pesquisadores executaram simulações de supernovas em 3D para as cinco estrelas progenitoras que identificaram, que abrangeram do colapso até a explosão. Essas simulações permitiram que eles previssem as massas das estrelas de nêutrons que emergiriam das explosões com boa precisão.

"O estudo torna plausível que o misterioso objeto de baixa massa de 1,17 massas solares no sistema J0453+1559 seja de fato uma estrela de nêutrons e não uma anã branca, como alguns autores propuseram recentemente", disse Müller. "Em uma escala maior, o estudo demonstra o poder de grandes simulações 3D para explicar características da distribuição de massa da estrela de nêutrons e do buraco negro e elucidar a evolução estelar subjacente e a física da explosão."

No geral, as simulações realizadas por Müller, Heger e Powell sugerem que a estrela de baixa massa no sistema binário J0453 + 1559 poderia de fato ser uma estrela de nêutrons. Em seus próximos estudos, os pesquisadores planejam executar mais simulações 3D para melhorar ainda mais o entendimento atual de como diferentes objetos celestes nascem e suas propriedades únicas, particularmente estrelas de nêutrons e buracos negros.

"Com mais poder computacional, esperamos que grandes simulações possam explicar as propriedades de nascimento de estrelas de nêutrons e buracos negros em detalhes, por exemplo, suas massas, suas velocidades de nascimento e quão rápido eles giram", acrescentou Müller.

"Um problema particularmente desafiador, no qual estamos trabalhando atualmente, é a origem dos campos magnéticos das estrelas de nêutrons. Ainda precisa ser explicado por que algumas estrelas de nêutrons, chamadas magnetares, nascem com forças de campo de superfície muito altas, da ordem de 10 15 Gauss. As simulações 3D, esperançosamente, contribuirão para explicar sua origem."