Novo estudo intrigante revela que estrelas de nêutrons são parecidas com bombons de chocolate

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Interpretação artística de deliciosas estrelas de nêutrons de chocolate. (Créditos: Peter Kiefer e Luciano Rezzolla)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

A vida não é doce como o doce de batata-doce, mas parece que existe algo assim fora. Estrelas de nêutrons – alguns dos objetos mais densos do Universo – podem ter estruturas muito semelhantes a chocolates, com centros pegajosos ou duros.

Ainda não se sabe em que tipo de configurações de partículas esses centros consistem, mas um novo trabalho teórico que poderia revelar isso de forma surpreendente pode nos colocar um passo mais perto de entender as entranhas estranhas dessas estrelas mortas e os extremos insanos possíveis em nosso Universo.

Estrelas de nêutrons são incríveis. Se considerarmos os buracos negros como objetos de imensas (se não infinitas) concentrações de matéria, as estrelas de nêutrons ganham o segundo lugar no Prêmio Mais Denso do Universo. Uma vez que uma estrela com uma massa de cerca de 8 a 30 vezes a massa do Sol fica sem matéria para se fundir em seu núcleo, ela não é mais suportada pela pressão externa do calor, permitindo que o núcleo colapse sob a gravidade à medida que sua camada de gases circundantes se dissipa no espaço.

A estrela de nêutrons resultante tem uma massa reduzida de até cerca de 2,3 vezes a massa do Sol, mas é espremida em uma esfera de apenas 20 quilômetros de diâmetro. Essas coisas são DENSAS com letras maiúsculas – e o que exatamente acontece com a matéria sob essas pressões alucinantes é algo que os cientistas estão morrendo de vontade de saber.

Alguns estudos propõem que os núcleos se aglomerem até formar formas que lembram massas. Outros sugerem que ainda mais fundo dentro da estrela, as pressões se tornam tão extremas que os núcleos atômicos deixam de existir completamente, condensando-se em uma “sopa” de matéria quark.

Agora, físicos teóricos liderados por Luciano Rezzolla, da Universidade Goethe, na Alemanha, descobriram como as estrelas de nêutrons podem ser semelhantes a chocolates com recheios diferentes.

A equipe combinou física nuclear teórica e observações astrofísicas para desenvolver um conjunto de mais de um milhão de ‘equações de estado’. São equações que relacionam pressão, temperatura e volume de um determinado sistema, no caso uma estrela de nêutrons.

Usando tais equações, a equipe desenvolveu uma descrição dependente da escala da velocidade do som em estrelas de nêutrons. E é aqui que fica interessante. A velocidade do som em um determinado objeto, seja uma estrela ou um planeta, pode revelar a estrutura de seu interior.

Assim como as ondas sísmicas na Terra e em Marte se propagam de maneira diferente através de materiais de diferentes densidades, revelando estruturas e camadas, as ondas acústicas que rebatem nas estrelas podem revelar o que está acontecendo dentro delas.

Quando a equipe usou suas equações de estado para estudar a velocidade do som em estrelas de nêutrons, suas estruturas não eram uniformes. Em vez disso, as estrelas de nêutrons na extremidade inferior da faixa de massa, abaixo de 1,7 vezes a massa do Sol, pareciam ter um manto mole e um núcleo mais duro, enquanto aquelas acima de 1,7 massas solares tinham um manto duro e um núcleo mole.

“Esse resultado é muito interessante porque nos dá uma medida direta de quão compressível pode ser o centro das estrelas de nêutrons”, disse Rezzolla.

“As estrelas de nêutrons aparentemente se comportam um pouco como bombons de chocolate: as estrelas leves se assemelham aos chocolates que têm avelã crocante no centro cercada por chocolate macio, enquanto as estrelas pesadas podem ser consideradas mais como aqueles chocolates em que uma camada dura contém um recheio macio”.

Isso parece se encaixar com as interpretações da massa nuclear e da sopa de quarks das entranhas das estrelas de nêutrons, mas também fornece novas informações que podem ajudar a modelar estrelas de nêutrons em uma variedade de massas em trabalhos futuros.

Isso também poderia explicar como, independentemente de suas massas, todas as estrelas de nêutrons têm aproximadamente o mesmo diâmetro de cerca de 20 quilômetros.

“Nosso extenso estudo numérico não apenas nos permite fazer previsões para os raios e massas máximas de estrelas de nêutrons, mas também para estabelecer novos limites em sua deformabilidade em sistemas binários, ou seja, quão fortemente elas distorcem umas as outras através de seus campos gravitacionais”, disse o físico Christian Ecker, da Universidade Goethe.

“Essas percepções se tornarão particularmente importantes para identificar a equação de estado desconhecida com futuras observações astronômicas e detecções de ondas gravitacionais de estrelas em fusão”.

Vai um fondue de massa nuclear com bombons de chocolate?

A pesquisa foi publicada em dois papers no The Astrophysical Journal Letters. Eles podem ser encontrados aquiaqui.