Novo estudo revela que estrelas de nêutrons são realmente como uma caixa de chocolates

 A vida não é realmente como uma caixa de chocolates, mas parece que algo lá fora é. As estrelas de nêutrons – alguns dos objetos mais densos do Universo – podem ter estruturas muito semelhantes aos chocolates, com centros pegajosos ou duros.

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

Que tipos de configurações de partículas esses centros consistem ainda é desconhecido, mas um novo trabalho teórico revelando esse resultado surpreendente poderia nos colocar um passo mais perto de entender as estranhas entranhas dessas estrelas mortas e os extremos selvagens possíveis em nosso Universo. 

As estrelas de nêutrons são bastante 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 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 entre em colapso sob a gravidade à medida que sua camada de gases circundantes se afasta para o espaço. 

Aestrela 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 cerca de apenas 20 quilômetros (12 milhas) de diâmetro. Essas coisas são letras maiúsculas DENSAS – e o que exatamente acontece com a matéria sob tais pressões alucinantes é algo que os cientistas estão morrendo de vontade de saber. 

Alguns estudos propõem que os núcleos se amontoam até formarem formas que se assemelham a massas. Outros sugerem que ainda mais profundamente 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 Rezzola, 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". Estas são equações que relacionam a pressão, temperatura e volume de um determinado sistema, neste caso uma estrela de nêutrons. 

Usando estes, 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 ele uma estrela ou um planeta, pode revelar a estrutura de seu interior. 

Assim como as ondas sísmicas naTerra e em Marte se propagam de forma diferente através de materiais de diferentes densidades, revelando estruturas e camadas, as ondas acústicas que saltam 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 toda a linha. 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. 

"Este resultado é muito interessante porque nos dá uma medida direta de quão compressível o centro das estrelas de nêutrons pode ser", diz Rezzola. 

"As estrelas de nêutrons aparentemente se comportam um pouco como bombons de chocolate: estrelas leves se assemelham àqueles chocolates que têm uma avelã em seu centro cercada por chocolate macio, enquanto estrelas pesadas podem ser consideradas mais como aqueles chocolates onde uma camada dura contém um recheio macio." 

Isso parece se encaixar com as interpretações de massas nucleares e sopa de quarks de vísceras de estrelas de nêutrons, mas também fornece novas informações que poderiam 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 só nos permite fazer previsões para os raios e massas máximas das estrelas de nêutrons, mas também estabelecer novos limites sobre sua deformabilidade em sistemas binários, ou seja, quão fortemente eles distorcem uns aos outros através de seus campos gravitacionais", diz o físico Christian Ecker, da Universidade Goethe. 

"Esses insights se tornarão particularmente importantes para identificar a equação de estado desconhecida com futuras observações astronômicas e detecções de ondas gravitacionais de estrelas em fusão." 

Sopa de quark de macarrão nuclear de praliné de chocolate, alguém? 

A pesquisa foi publicada em dois artigos no The Astrophysical Journal Letters. Eles podem ser encontrados aqui e aqui.

Fonte: sciencealert.com