A maioria das estrelas em nosso universo vêm em pares. Enquanto nosso próprio sol é solitário, muitas estrelas como o nosso sol orbitam estrelas semelhantes, enquanto uma série de outros pares exóticos entre estrelas e orbes cósmicos salpicam o universo. Buracos negros, por exemplo, são frequentemente encontrados orbitando um ao outro. Um par que provou ser bastante raro é aquele entre uma estrela semelhante ao sol e um tipo de estrela morta chamada estrela de nêutrons.

Agora, astrônomos liderados por Kareem El-Badry, do Caltech, descobriram o que parecem ser 21 estrelas de nêutrons em órbita ao redor de estrelas como o nosso sol. Estrelas de nêutrons são núcleos densos queimados de estrelas massivas que explodiram. Sozinhas, elas são extremamente fracas e geralmente não podem ser detectadas diretamente. Mas, à medida que uma estrela de nêutrons orbita ao redor de uma estrela parecida com o sol, ela puxa sua companheira, fazendo com que a estrela se mova para frente e para trás no céu. Usando a missão Gaia da Agência Espacial Europeia, os astrônomos conseguiram capturar essas oscilações reveladoras para revelar uma nova população de estrelas de nêutrons escuras.

"Gaia está continuamente escaneando o céu e medindo as oscilações de mais de um bilhão de estrelas, então as chances são boas de encontrar até mesmo objetos muito raros", diz El-Badry, professor assistente de astronomia no Caltech e cientista adjunto no Instituto Max Planck de Astronomia na Alemanha.

O novo estudo, que inclui uma equipe de coautores de todo o mundo, foi publicado no The Open Journal for Astrophysics. Dados de vários telescópios terrestres , incluindo o Observatório WM Keck em Maunakea, Havaí; Observatório La Silla no Chile; e o Observatório Whipple no Arizona, foram usados para acompanhar as observações do Gaia e aprender mais sobre as massas e órbitas das estrelas de nêutrons ocultas.

Embora estrelas de nêutrons tenham sido detectadas anteriormente em órbita ao redor de estrelas como o nosso sol, todos esses sistemas eram mais compactos. Com pouca distância separando os dois corpos, uma estrela de nêutrons (que é mais pesada do que uma estrela parecida com o sol) pode roubar massa de sua parceira. Esse processo de transferência de massa faz a estrela de nêutrons brilhar intensamente em comprimentos de onda de raios X ou rádio. Em contraste, as estrelas de nêutrons no novo estudo estão muito mais distantes de suas parceiras — na ordem de uma a três vezes a distância entre a Terra e o sol.

Isso significa que os corpos estelares recém-descobertos estão muito longe de seus parceiros para roubar material deles. Em vez disso, eles estão quiescentes e escuros. "Estas são as primeiras estrelas de nêutrons descobertas puramente devido aos seus efeitos gravitacionais", diz El-Badry.

A descoberta é uma surpresa porque não está claro como uma estrela que explode acaba ao lado de uma estrela como o nosso Sol.

"Ainda não temos um modelo completo de como essas binárias se formam", explica El-Badry. "Em princípio, a progenitora da estrela de nêutrons deveria ter se tornado enorme e interagido com a estrela do tipo solar durante sua evolução tardia." A estrela enorme teria jogado a pequena estrela ao redor, provavelmente engolfando-a temporariamente. Mais tarde, a progenitora da estrela de nêutrons teria explodido em uma supernova, que, de acordo com os modelos, deveria ter desvinculado os sistemas binários, enviando as estrelas de nêutrons e estrelas semelhantes ao Sol em direções opostas.

"A descoberta desses novos sistemas mostra que pelo menos alguns binários sobrevivem a esses processos cataclísmicos, embora os modelos ainda não consigam explicar completamente como", diz ele.

Gaia conseguiu encontrar os companheiros improváveis devido às suas órbitas amplas e longos períodos (as estrelas semelhantes ao Sol orbitam em torno das estrelas de nêutrons com períodos de seis meses a três anos).

"Se os corpos estiverem muito próximos, a oscilação será muito pequena para ser detectada", diz El-Badry. "Com Gaia, somos mais sensíveis às órbitas mais amplas." Gaia também é mais sensível a binários que estão relativamente próximos. A maioria dos sistemas recém-descobertos está localizada a 3.000 anos-luz da Terra — uma distância relativamente pequena comparada, por exemplo, ao diâmetro de 100.000 anos-luz da galáxia Via Láctea.

As novas observações também sugerem o quão raros são os pares. "Estimamos que cerca de uma em um milhão de estrelas do tipo solar esteja orbitando uma estrela de nêutrons em uma órbita ampla", ele observa.

El-Badry também tem interesse em encontrar buracos negros dormentes invisíveis em órbita com estrelas semelhantes ao Sol. Usando dados do Gaia, ele encontrou dois desses buracos negros silenciosos escondidos em nossa galáxia. Um, chamado Gaia BH1, é o buraco negro mais próximo conhecido da Terra, a 1.600 anos-luz de distância.

"Também não sabemos ao certo como esses binários de buracos negros se formaram", diz El-Badry. "Há lacunas claras em nossos modelos para a evolução de estrelas binárias. Encontrar mais desses companheiros escuros e comparar suas estatísticas populacionais com previsões de diferentes modelos nos ajudará a juntar as peças de como eles se formam."