Núcleos de Estrelas de Nêutrons podem conter indícios de um estado da matéria que existiu somente logo após o Big Bang!
- marcocenturion
- há 2 dias
- 5 min de leitura
O interior de uma estrela de nêutrons é um lugar estranho e esmagador, mas fascinante!
Notícia
Por Keith Cooper
Traduzido e adaptado por Marco Centurion
Em breve poderemos ser capazes de “ver” dentro de uma estrela de nêutrons e descobrir que tipo de matéria extrema, governada por uma física exótica, se esconde ali, graças à marca deixada pelas interações de maré nas ondas gravitacionais emitidas por pares de estrelas de nêutrons que espiralam uma em direção à outra, em direção a uma fusão explosiva.
“Uma esperança é que possamos obter alguma informação sobre a equação de estado da estrela de nêutrons em densidades encontradas no núcleo interno dessas estrelas. Existe realmente um núcleo de quarks, como alguns afirmaram recentemente? Estão ocorrendo transições de fase no interior que ainda não conhecemos?”
disse Nicolás Yunes, da Universidade de Illinois, que liderou a pesquisa, em um comunicado.
Uma estrela de nêutrons é o remanescente compacto de uma estrela massiva que explodiu como supernova. Com um diâmetro aproximadamente igual ao de uma grande cidade, mas contendo uma massa várias vezes maior que a do nosso Sol, as estrelas de nêutrons são incrivelmente densas. A pressão em seu interior é tão grande que os átomos são esmagados e despedaçados em suas partículas constituintes. Os prótons, carregados positivamente, e os elétrons, carregados negativamente, são comprimidos juntos, formando uma “sopa” de nêutrons neutros e é por isso que chamamos esses objetos de estrelas de nêutrons.
No entanto, mais profundamente dentro de uma estrela de nêutrons, próximo ao seu núcleo, as coisas podem ser ainda mais estranhas. A pressão gravitacional pode ser tão extrema que os nêutrons sejam esmagados em seus blocos fundamentais de construção, que são partículas elementares chamadas quarks e os glúons que normalmente mantêm os quarks unidos para formar prótons e nêutrons.
Os cientistas chamam esse estado da matéria de plasma de quarks e glúons. Esse estado da matéria existiu durante a primeira fração de segundo após o Big Bang e, fora experimentos com aceleradores de partículas, o único outro lugar no universo onde o plasma de quarks e glúons pode existir é dentro de estrelas de nêutrons.
Se os cientistas puderem compreender o interior das estrelas de nêutrons, eles poderão aprender mais sobre o estado da matéria imediatamente após o Big Bang.
Sistemas binários de estrelas de nêutrons há muito são considerados a melhor aposta para decifrar o que existe em seu interior. Esses pares de estrelas de nêutrons espiralam uma ao redor da outra em órbitas elípticas, aproximando-se cada vez mais até colidirem e se fundirem em uma kilonova. Crucialmente, durante essa espiral de aproximação ocorre a liberação de ondas gravitacionais.
Agora, cientistas liderados por Yunes e Abhishek Hegade, da Universidade de Princeton, acreditam ter descoberto como decifrar a frequência dessas ondas gravitacionais para interpretar a estrutura interna das estrelas de nêutrons.
“À medida que elas se aproximam, as forças de maré de uma estrela de nêutrons começam a deformar a outra, e vice-versa. A quantidade de deformação depende do que existe dentro dessas estrelas.”
disse Hegade.
O problema é que a gravidade extrema e a alta velocidade (até 40% da velocidade da luz) das estrelas de nêutrons enquanto giram uma em torno da outra significam que os cientistas precisam recorrer à teoria geral da relatividade de Albert Einstein para encontrar soluções. Trata-se de uma tarefa complexa, mas Yunes e Hegade acreditam agora ter a resposta.
À medida que as estrelas de nêutrons binárias deformam a forma e a estrutura uma da outra por meio de suas marés gravitacionais, elas desencadeiam oscilações em seus interiores, como o toque de um sino. Os padrões dessas oscilações são chamados de modos, e a frequência desses modos fica registrada nas ondas gravitacionais que o sistema binário de estrelas de nêutrons emite.
Um conjunto completo de modos é necessário para compreender o sistema binário. No entanto, identificar esses modos é complicado pelo fato de que as forças de maré são dinâmicas, pois elas mudam à medida que as estrelas de nêutrons orbitam uma à outra, e os efeitos de cada estrela se sobrepõem, tornando ainda mais difícil distinguir o que está acontecendo.
“Sem um conjunto completo de modos, é perfeitamente possível que você deixe de fora parte da resposta de maré ao modelá-la, já que podem existir outros componentes que você está omitindo da descrição matemática da resposta necessários para capturar toda a física”
disse Yunes.
A física newtoniana, isto é, a física básica da gravidade segundo a lei da gravitação de Isaac Newton, contém um conjunto completo de modos de oscilação para um objeto comum. Esses modos são chamados de oscilador harmônico amortecido. No entanto, na física relativística não estava claro se todos os modos poderiam ser derivados. Por exemplo, as ondas gravitacionais que irradiam energia de sistemas binários de estrelas de nêutrons são um fenômeno da relatividade geral, que sucedeu a gravidade newtoniana, e portanto não são consideradas pela física newtoniana.
“Se o seu sistema está perdendo energia, então seus modos não podem ser completos”, disse Hegade.
A solução foi dividir o problema, considerando cada estrela de nêutrons individualmente, e sua companheira apenas como uma fonte de marés gravitacionais. A equipe de Yunes e Hegade então dividiu cada estrela de nêutrons em regiões separadas de diferentes intensidades gravitacionais em escalas distintas, descrevendo tanto gravidade forte quanto gravidade mais fraca. Eles encontraram soluções aproximadas para cada escala e depois as combinaram. Eles também descobriram que a perda de energia por ondas gravitacionais efetivamente se cancelava. Isso permitiu derivar uma solução que descreve todos os modos oscilatórios do interior de uma estrela de nêutrons e, além disso, como esses modos ficariam registrados na frequência das ondas gravitacionais resultantes.
Segundo Hegade:
“Mostramos duas coisas principais. Primeiro, fomos capazes de subtrair a radiação, descobrindo que os modos de uma estrela de nêutrons de fato formam um conjunto completo. Segundo, descobrimos que, se você resolver consistentemente um determinado conjunto de equações usando um campo de maré suficientemente ‘suave’, isso constitui uma solução para o interior de uma estrela, e é possível fazer todas as mesmas coisas na relatividade geral que na gravidade newtoniana.”
Isso ainda não é o fim da história. O trabalho da equipe de Yunes e Hegade é puramente teórico neste estágio, e os detectores atuais de ondas gravitacionais não são sensíveis o suficiente em frequências mais altas para detectar essa assinatura. No entanto, Yunes e Hegade estão otimistas de que a próxima geração de detectores conseguirá fazer isso.
Os resultados foram publicados em 18 de fevereiro na revista Physical Review Letters e que pode ser lido na íntegra aqui.
Artigo encontrado no site Space.com (originalmente publicado em 15/03/2026)
Comentários