Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert
A explosão colossal resultante da fusão entre duas estrelas de nêutrons tem uma forma inesperadamente perfeita.
De acordo com uma nova análise das consequências de uma colisão histórica de estrelas de nêutrons observada em 2017, a explosão de kilonova produzida pelas duas estrelas era uma esfera completamente simétrica, quase perfeita. E os astrônomos simplesmente não sabem bem o por quê. Ele contradiz todas as suposições anteriores e modelos de kilonovas.
“Ninguém esperava que a explosão fosse assim. Não faz sentido que seja esférica, como uma bola”, disse o astrofísico Darach Watson, do Instituto Niels Bohr, na Dinamarca.
“Mas nossos cálculos mostram claramente que sim. Isso provavelmente significa que as teorias e simulações de kilonovas que temos considerado nos últimos 25 anos carecem de atualizações físicas importantes.”
Raramente vemos colisões de estrelas de nêutrons. Essa explosão de 2017, chamada GW170817, não foi apenas a primeira registrada, mas permaneceu inigualável no que diz respeito aos detalhes. Com ela aprendemos uma série de coisas sobre o Universo. Por exemplo, essas colisões são uma fonte de erupções de radiação gama, a luz mais energética do Universo. As explosões de kilonova resultantes também são fábricas para a produção de elementos pesados, como ouro e platina.
Mas há muito sobre elas que ainda não sabemos. Felizmente, havia tantos dados coletados de GW170817 que os cientistas ainda estão analisando tudo, e farão isso por algum tempo. Isso levou o astrofísico Albert Sneppen, do Instituto Niels Bohr, e seus colegas a um projeto para caracterizar a forma da kilonova.
Isso ocorre porque a geometria da explosão é ditada pelas propriedades da matéria ultradensa da qual consistem as estrelas de nêutrons e pode ajudar os cientistas a entender melhor a energia da explosão e outras propriedades da fusão.
Eles achavam que sabiam mais ou menos o que iriam encontrar e que seu trabalho consistiria em colocar restrições mais detalhadas nas propriedades conhecidas. A explosão esférica que eles realmente encontraram sugere que algo em nossa compreensão das fusões de estrelas de nêutrons está faltando.
“Você tem duas estrelas supercompactas que orbitam uma à outra 100 vezes por segundo antes de entrar em colapso. Nossa intuição e todos os modelos anteriores diziam que a nuvem de explosão criada pela colisão deve ter uma forma achatada e bastante assimétrica”, disse Sneppen.
“A maneira mais provável de tornar a explosão esférica é se uma grande quantidade de energia sair do centro da explosão e suavizar uma forma que de outra maneira seria assimétrica. Portanto, a forma esférica nos diz que provavelmente há muita energia no centro da colisão, que foi imprevista.”
Há uma possível explicação para isso. As estrelas de nêutrons são o que as estrelas de uma determinada massa podem se transformar depois de usar todo o combustível de fusão em seu núcleo. Quando uma estrela atinge esse ponto, ela ejeta seu material externo e o núcleo colapsa em um objeto ultradenso.
Estrelas menores tornam-se anãs brancas, até cerca de 1,4 vezes a massa do Sol. As estrelas de massa média se transformam em estrelas de nêutrons, até cerca de 2,4 vezes a massa do Sol. E estrelas mais massivas se transformam em buracos negros.
Quando duas estrelas de nêutrons colidem, a massa combinada faz com que o objeto recém-formado colapse ainda mais gravitacionalmente, transformando-se em um buraco negro. Mas, por um curto período de tempo antes que isso aconteça, o objeto pode se tornar uma estrela de nêutrons hipermassiva com um campo magnético extremamente poderoso. Análises recentes sugerem que foi isso que aconteceu com GW170817. Por apenas um segundo, o objeto era uma estrela de nêutrons hipermassiva.
Isso poderia explicar a kilonova esférica, segundo os pesquisadores.
“Talvez uma espécie de ‘bomba magnética’ seja criada no momento em que a energia do enorme campo magnético da estrela de nêutrons hipermassiva é liberada quando a estrela colapsa em um buraco negro”, explicou Watson.
“A liberação de energia magnética pode fazer com que a matéria da explosão seja distribuída de forma mais esférica. Nesse caso, o nascimento do buraco negro pode ser muito energético.”
Mas ainda restam algumas questões sem resposta, especificamente sobre como os elementos pesados são forjados na kilonova. Sabemos que isso acontece; após a explosão, os cientistas fizeram uma detecção clara de estrôncio no material ejetado da kilonova.
Em sua análise da kilonova, a equipe de Sneppen encontrou uma distribuição quase esfericamente simétrica de estrôncio, que está entre os elementos mais leves dos pesados. Mas os modelos sugerem que elementos mais pesados, como ouro e urânio, devem se formar em locais separados da kilonova dos mais leves. Isso, acredita a equipe, sugere que neutrinos estão envolvidos.
“Uma ideia alternativa é que nos milissegundos que a estrela de nêutrons hipermassiva vive, ela tem uma emissão de matéria e energia muito poderosa, possivelmente incluindo um grande número de neutrinos”, disse Sneppen.
“Os neutrinos podem fazer com que os nêutrons se convertam em prótons e elétrons e, assim, criem elementos mais leves no geral. Essa ideia também tem falhas, mas acreditamos que os neutrinos desempenham um papel ainda mais importante do que pensávamos.”
É possível que haja mais de um mecanismo em jogo. Esperançosamente, capturar mais colisões de estrelas de nêutrons em ação no futuro pode ajudar a revelá-los.
A pesquisa foi publicada na Nature.
