6 fatos extremos sobre as estrelas de nêutrons

As estrelas de nêutrons estão entre os objetos mais extremos do universo. Elas são formadas quando estrelas massivas, com cerca de oito vezes a massa do Sol, estão em seus últimos momentos de vida. Enquanto a maior parte do material da estrela é expelido para o universo em uma supernova, seu núcleo colapsa para criar uma estrela de nêutrons, a forma mais densa de matéria observável no universo.

A gravidade é tão forte nestes objetos que ela pressiona o material sobre si mesmo com tanta força que os prótons e os elétrons se combinam para produzir nêutrons – daí o nome “estrela de nêutrons”. As estrelas de nêutrons mantêm sua massa extremamente densa – de cerca de 1,5 vezes a massa do Sol – dentro de um diâmetro entre 20 e 30 quilômetros (a imagem do item 2 mostra o tamanho de uma estrela de nêutrons comparado com o da cidade canadense de Montreal). Elas são tão densas que uma única colher de chá de seu material pesaria um bilhão de toneladas.

O site Simmetry Magazine selecionou cinco fenômenos muito interessantes relacionados a estas estrelas extremas que, segundo a publicação, podem ajudar os físicos a entender as forças fundamentais, a relatividade geral e o universo primordial. Veja abaixo a lista:

5. Quantidades inimagináveis de energia

A matéria comum contém aproximadamente números iguais de prótons e nêutrons. Mas a maioria dos prótons em uma estrela de nêutrons se converte em nêutrons – as estrelas de nêutrons são formadas por cerca de 95% de nêutrons. Quando os prótons se convertem em nêutrons, eles liberam partículas onipresentes chamadas neutrinos. 

Apenas nos primeiros segundos após uma estrela começar sua transformação em uma estrela de nêutrons, a energia que sai dela na forma de neutrinos é igual à quantidade total de luz emitida por todas as estrelas no universo observável. Estrelas de nêutrons são feitas em explosões de supernovas. Estas explosões emitem quantidades absurdas de energia. Uma supernova irradia 10 vezes mais neutrinos do que os prótons, nêutrons e elétrons existentes no Sol.

4. Campo de testes extremo

As estrelas de nêutrons têm alguns dos campos gravitacionais e magnéticos mais fortes do universo. A gravidade é forte o suficiente para achatar quase qualquer coisa na superfície. Os campos magnéticos de estrelas de nêutrons podem ser entre um bilhão de vezes até um milhão de bilhões de vezes mais fortes do que o campo magnético na superfície da Terra – segundo a publicação da Simmetry Magazine, especula-se que, se houvesse vida em estrelas de nêutrons, ela seria bidimensional.

“Tudo sobre as estrelas de nêutrons é extremo. Isso chega ao ponto de ser quase ridículo”, diz na publicação da Simmetry James Lattimer, professor da Universidade Stony Brook, nos EUA.

Por serem tão densas, as estrelas de nêutrons fornecem o campo de teste perfeito para os cientistas entenderem como funciona a força forte, a interação entre quarks e glúons. Muitas teorias prevêem que o núcleo de uma estrela de nêutrons comprime nêutrons e prótons, liberando os quarks que compõem estas partículas.

As medições feitas em estrelas de nêutrons nos dão alguns dos testes mais precisos da relatividade geral. A intensa gravidade das estrelas de nêutrons requer que os cientistas usem a teoria geral da relatividade para descrever as propriedades físicas destes corpos.

O Prêmio Nobel de Física de 1993 foi para cientistas que mediram a velocidade com que um par de estrelas de nêutrons orbitando uma à outra entravam em uma espiral devido à emissão de radiação gravitacional, um fenômeno previsto pela teoria geral da relatividade de Albert Einstein.

Apesar de suas incríveis densidades e extrema gravidade, as estrelas de nêutrons ainda conseguem manter uma quantidade surpreendente de estruturas internas, como crostas, oceanos e atmosferas. “Elas são uma mistura estranha de algo como a massa de uma estrela mas com algumas das outras propriedades de um planeta”, diz Chuck Horowitz, professor da Universidade de Indiana, também nos EUA. A gravidade de uma estrela de nêutrons é tão extrema, entretanto, que sua atmosfera pode se estender por menos de 30 centímetros.

3. Velocidades incríveis

Os cientistas observaram estrelas de nêutrons pela primeira vez em 1967, quando uma estudante de graduação chamada Jocelyn Bell notou repetidos pulsos de rádio que chegavam de um pulsar fora do nosso sistema solar. Os cientistas acreditam que a maioria das estrelas de nêutrons atualmente são – ou em algum momento foram – pulsares, estrelas que emitem feixes de ondas de rádio à medida que giram rapidamente.

Os pulsares podem girar de dezenas a centenas de vezes por segundo – a estrela de nêutrons conhecida em rotação mais rápida gira cerca de 700 vezes por segundo. Se alguém estivesse no equador do pulsar mais rápido conhecido, a velocidade rotacional seria de cerca de um décimo da velocidade da luz.

Cientistas do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser, ou LIGO, anunciaram em 2016 que haviam detectado ondas gravitacionais pela primeira vez. No futuro, pode ser possível usar os pulsares como versões gigantes e ampliadas do experimento LIGO, tentando detectar as pequenas mudanças na distância entre os pulsares e a Terra à medida que uma onda gravitacional passa entre os dois pontos.

2. Estragos na vizinhança

Os campos gravitacionais das estrelas de nêutrons podem ser bastante perigosos para quem está em seus arredores. Se uma estrela de nêutrons entrasse em nosso sistema solar, poderia causar o caos ao modificar as órbitas dos planetas. Se ela chegasse perto o suficiente da Terra, poderia elevar as marés e destruir o planeta. Para nossa sorte, a estrela de nêutrons mais próxima está a cerca de 500 anos-luz de distância.

Outro perigo de uma estrela de nêutrons é a radiação do seu campo magnético. Os magnetares são estrelas de nêutrons com campos magnéticos mil vezes mais fortes que os campos extremamente fortes dos pulsares “normais”. Rearranjos súbitos desses campos podem produzir erupções semelhantes a erupções solares, mas muito mais poderosas.

Em 27 de dezembro de 2004, cientistas observaram uma explosão de raios gama gigante do Magnetar SGR 1806-20, que está estimada em cerca de 50.000 anos-luz de distância. Em 0,2 segundos, o clarão irradiava tanta energia quanto o sol produz em 300 mil anos. O clarão saturou muitos detectores de espaçonaves e produziu perturbações detectáveis ​​na ionosfera da Terra. Felizmente, não estamos cientes de qualquer magnetar próximo e poderoso o suficiente para causar qualquer dano aqui na Terra.

Os campos gravitacionais das estrelas de nêutrons podem ser bastante perigosos para quem está em seus arredores. Se uma estrela de nêutrons entrasse em nosso sistema solar, poderia causar o caos ao modificar as órbitas dos planetas. Se ela chegasse perto o suficiente da Terra, poderia elevar as marés e destruir o planeta. Para nossa sorte, a estrela de nêutrons mais próxima está a cerca de 500 anos-luz de distância.

Outro perigo de uma estrela de nêutrons é a radiação do seu campo magnético. Os magnetares são estrelas de nêutrons com campos magnéticos mil vezes mais fortes que os campos extremamente fortes dos pulsares “normais”. Rearranjos súbitos desses campos podem produzir erupções semelhantes a erupções solares, mas muito mais poderosas.

Em 27 de dezembro de 2004, cientistas observaram uma explosão de raios gama gigante do Magnetar SGR 1806-20, que está estimada em cerca de 50.000 anos-luz de distância. Em 0,2 segundos, o clarão irradiava tanta energia quanto o sol produz em 300 mil anos. O clarão saturou muitos detectores de espaçonaves e produziu perturbações detectáveis ​​na ionosfera da Terra. Felizmente, não estamos cientes de qualquer magnetar próximo e poderoso o suficiente para causar qualquer dano aqui na Terra.

1. Temos muito a descobrir sobre elas

Há muitas coisas que não sabemos sobre estrelas de nêutrons. “Nós sabemos de cerca de 2000 estrelas de nêutrons em nossa própria galáxia, mas esperamos que haja bilhões a mais. Então, a maioria das estrelas de nêutrons, mesmo em nossa própria galáxia, é completamente desconhecida”, diz Horowitz na publicação.

Um dos métodos para estudarmos estrelas de nêutrons é detectando ondas gravitacionais. Os cientistas do LIGO esperam detectar ondas gravitacionais produzidas pela fusão de duas estrelas de nêutrons. Estudar essas ondas gravitacionais pode indicar aos cientistas as propriedades da matéria extremamente densa de que são feitas as estrelas de nêutrons.

Estudar estrelas de nêutrons pode nos ajudar a descobrir a origem dos elementos químicos pesados, incluindo ouro e platina, em nosso universo. Há uma possibilidade de que quando estrelas de nêutrons colidam, nem tudo seja engolido em uma estrela de nêutrons mais massiva ou em um buraco negro, mas, em vez disso, alguma fração seja expelida e forme esses elementos pesados.

Bônus: Estrelas de nêutrons dobram a luz de forma que é possível ver a parte de trás delas

Em média, a gravidade em uma estrela de nêutrons é 2 bilhões de vezes mais forte que a gravidade na Terra. Essa gravidade é forte o suficiente para dobrar significativamente a radiação da estrela, permitindo que os astrônomos vejam parte do lado de trás da estrela.

Este processo é conhecido como lente gravitacional, uma distorção no espaço-tempo causada pela presença de um corpo de grande massa, no caso, a estrela, e o observador. As lentes gravitacionais também foram previstas na Relatividade Geral de Einstein. De acordo com a Relatividade, a luz segue a curvatura do espaço-tempo. Portanto, quando a luz passa em torno de um objeto maciço, ela é dobrada. Isso significa que a luz de um objeto do outro lado será direcionada para o olho de um observador, como acontece com uma lente comum.

Fonte: hypescience.com