Objeto misterioso pode ser uma ‘estrela estranha’ feita de quarks, dizem cientistas

Um objeto relativamente pequeno e denso envolto em uma nuvem feita de seus próprios restos mortais explodidos apenas alguns milhares de anos-luz de distância de nós está desafiando nossa compreensão da física estelar.

(Créditos: Pobytov/DigitalVision Vectors/Getty Images)

Segundo todos os indícios, parece ser uma estrela de nêutrons, embora seja incomum. Com apenas 77% da massa do Sol, é a menor massa já medida para um objeto desse tipo. Anteriormente, a estrela de nêutrons mais leve já medida tinha 1,17 vezes a massa do Sol.

Esta descoberta mais recente não é apenas menor, é significativamente menor do que a massa mínima da estrela de nêutrons prevista pela teoria. Isso sugere que há alguma lacuna em nossa compreensão desses objetos ultradensos… ou o que estamos vendo não é uma estrela de nêutrons, mas um objeto peculiar e nunca visto conhecido como uma ‘estrela estranha’.

As estrelas de nêutrons estão entre os objetos mais densos de todo o Universo. Elas são o que resta depois que uma estrela massiva entre cerca de 8 e 30 vezes a massa do Sol atingiu o fim de sua vida. Quando a estrela fica sem material para fundir em seu núcleo, ela se transforma em supernova, ejetando suas camadas externas de material para o espaço.

Não mais suportado pela pressão externa da fusão, o núcleo colapsa sobre si mesmo para formar um objeto tão denso que os núcleos atômicos se esmagam e os elétrons são forçados a se tornar íntimos dos prótons por tempo suficiente para se transformarem em nêutrons.

A maioria desses objetos compactos tem cerca de 1,4 vezes a massa do Sol, embora a teoria diga que eles podem variar de algo tão massivo quanto cerca de 2,3 massas solares, até apenas 1,1 massas solares. Tudo isso empacotado dentro de uma esfera de apenas 20 quilômetros de diâmetro, fazendo com que cada colher de chá de material de estrela de nêutrons pesasse algo entre 10 milhões e vários bilhões de toneladas.

Estrelas com massas maiores e menores do que estrelas de nêutrons também podem se transformar em objetos densos. Estrelas mais pesadas se transformam em buracos negros. Estrelas mais leves se transformam em anãs brancas – menos densas que estrelas de nêutrons, com um limite de massa superior de 1,4 massas solares, embora ainda bastante compactas. Este é o destino final do nosso próprio Sol.

A estrela de nêutrons que é objeto deste estudo está no centro de um remanescente de supernova chamado HESS J1731-347, que havia sido calculado anteriormente estando a mais de 10.000 anos-luz de distância. Uma das dificuldades no estudo de estrelas de nêutrons, no entanto, está em medições de distância com restrições não muito definidas. Sem uma distância precisa, é difícil obter medições precisas das outras características de uma estrela.

Recentemente, uma segunda estrela opticamente brilhante foi descoberta à espreita em HESS J1731-347. A partir disso, usando dados da pesquisa de mapeamento Gaia, uma equipe de astrônomos liderada por Victor Doroshenko, da Universidade Eberhard Karls de Tubinga, na Alemanha, conseguiu recalcular a distância do HESS J1731-347 e descobriu que está muito mais perto do que se pensava, em cerca de 8.150 anos luz de distância.

Isso significa que estimativas anteriores de outras características da estrela de nêutrons precisavam ser refinadas, incluindo sua massa. Combinado com observações da luz de raios-X emitida pela estrela de nêutrons (inconsistente com os raios-X de uma anã branca), Doroshenko e seus colegas foram capazes de refinar seu raio para 10,4 quilômetros e sua massa para 0,77 massas solares.

Isso significa que pode não ser realmente uma estrela de nêutrons como a conhecemos, mas um objeto hipotético ainda não identificado positivamente na natureza.

“Nossa estimativa de massa torna o objeto compacto central em HESS J1731-347 a estrela de nêutrons mais leve conhecida até hoje, e potencialmente um objeto mais exótico – ou seja, um candidato a ‘estrela estranha’”, escreveram os pesquisadores em seu paper.

Segundo a teoria, uma estrela estranha se parece muito com uma estrela de nêutrons, mas contém uma proporção maior de partículas fundamentais chamadas quarks strange. Quarks são partículas subatômicas fundamentais que se combinam para formar partículas compostas, como prótons e nêutrons. Quarks existem em seis tipos diferentes, ou sabores, chamados up, down, strange, charm, bottom e top. Prótons e nêutrons são formados por quarks up e down.

A teoria sugere que, no ambiente extremamente comprimido dentro de uma estrela de nêutrons, as partículas subatômicas se decompõem em seus quarks constituintes. Sob este modelo, estrelas estranhas são feitas de matéria que consiste em proporções iguais de quarks up, down e strange.

Estrelas estranhas devem se formar sob massas grandes o suficiente para realmente se tornarem compactas, mas como o livro de regras para estrelas de nêutrons não se aplica quando quarks suficientes se envolvem, essencialmente também não há limite inferior. O que significa que não podemos descartar a possibilidade desta estrela de nêutrons ser de fato uma estrela estranha.

Isso seria extremamente legal; os físicos têm procurado por matéria de quark e matéria de quark strange por décadas. No entanto, embora uma estrela estranha seja certamente possível, a maior probabilidade é que o que estamos vendo seja uma estrela de nêutrons – e isso também é extremamente legal. 

“As restrições obtidas em massa e raio ainda são totalmente consistentes com uma interpretação padrão de estrela de nêutrons e podem ser usadas para melhorar as restrições astrofísicas na equação do estado da matéria fria e densa sob essa suposição”, escreveram os pesquisadores.

“Tal estrela de nêutrons leve, independentemente da composição interna assumida, parece ser um objeto muito intrigante do ponto de vista astrofísico.”

É um desafio verificar como uma estrela de nêutrons tão leve poderia ter se formado sob nossos modelos atuais. Então, seja lá do que for feito, o objeto denso no coração de HESS J1731-347 terá algo a nos ensinar sobre as misteriosas vidas após a morte de estrelas massivas.

Fonte: Universo Racionalista