As estrelas mais extremas do nosso universo às vezes apresentam falhas - agora podemos saber por quê

“A nossa investigação estabelece uma forte ligação entre a mecânica quântica e a astrofísica e fornece uma nova perspectiva sobre a natureza interna das estrelas de neutrões.”

Uma ilustração mostra uma estrela de nêutrons “falhando” para liberar uma explosão de radiação de ondas de rádio. (Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA/Chris Smith (USRA)) 

Os cientistas podem finalmente compreender a dinâmica das “falhas” das estrelas de neutrões que ocorrem quando estas estrelas mortas ultradensas aceleram subitamente a sua rotação. Parece que o comportamento estranho pode ser causado quando pequenos vórtices de material interno em turbilhão “quebram a superfície” destes intensos cadáveres estelares.

O novo avanço na compreensão do comportamento das estrelas de nêutrons vem curiosamente de uma equipe unificada de astrofísicos e físicos quânticos – que normalmente estudam as interações que governam o mundo subatômico   – estudando uma forma exótica de matéria aqui na Terra.

Uma melhor compreensão das falhas das estrelas de nêutrons poderia revelar mais sobre sua composição interna e movimentos, dando assim aos cientistas uma janela para um objeto que é feito da forma de matéria mais singular e estranha do universo. As estrelas de nêutrons, em essência, são feitas quase exclusivamente de nêutrons, e é por isso que são tão densas.

“Nossa pesquisa estabelece uma forte ligação entre a mecânica quântica e a astrofísica e fornece uma nova perspectiva sobre a natureza interna das estrelas de nêutrons”, disse Elena Poli, autora principal da pesquisa e pesquisadora da Universidade de Innsbruck, em um comunicado.

Trazendo estrelas de nêutrons para a Terra

As estrelas de nêutrons são formadas quando estrelas massivas “morrem” e seus núcleos estelares, com massas entre uma e duas vezes a do Sol , colapsam até uma largura de apenas 20 quilômetros. Essa é uma redução absolutamente enorme no tamanho. A matéria rica em nêutrons que compõe as estrelas de nêutrons é tão densa que um mero cubo de açúcar pesaria cerca de 1 bilhão de toneladas na Terra   – cerca de 150 vezes o peso da Grande Pirâmide de Gizé.

Esse peso extremo, juntamente com a imensa distância até estes cadáveres estelares, significa que dificilmente poderemos trazer amostras de estrelas de neutrões para estudar na Terra. No entanto, a equipe multidisciplinar conseguiu de fato trazer o estudo das estrelas de nêutrons "para a Terra", simulando numericamente uma estrela de nêutrons usando um proxy na forma de átomos dipolares ultrafrios   - uma fase exótica de gases magnéticos com um átomo carregado negativamente acoplado a um átomo carregado positivamente a longas distâncias.

O brilho das estrelas de nêutrons pode sugerir que a matéria abaixo da superfície desses objetos existe na forma de um superfluido, uma substância que se assemelha a um líquido, mas tem viscosidade zero – uma medida da resistência que um fluido tem para mudar de forma ou fluir. .

Fluidos de alta viscosidade, como mel ou xarope de bordo frio, fluem lentamente e podem até agir como sólidos. Pense, manteiga de amendoim dura ou até mesmo vidro. Os fluidos de baixa viscosidade, por outro lado, fluem mais rapidamente. Mas os superfluidos de viscosidade zero são outra história. Eles giram na forma de numerosos pequenos vórtices giratórios, todos carregando um pouco do momento angular do sistema.

Um fator-chave neste comportamento e, portanto, um elemento vital da falha da estrela de nêutrons seria um estado que mostrasse propriedades cristalinas e superfluidas - o chamado "supersólido". Se as estrelas de nêutrons demonstrassem esse comportamento enquanto giram, muitas vezes tão rápido quanto centenas de vezes por segundo, ocorreriam falhas à medida que vórtices irrompiam da crosta interna da estrela - o superfluido - para sua crosta externa sólida e cristalina. Esses vórtices voadores carregariam consigo um momento angular que aumentaria a velocidade de rotação da camada externa da estrela.

Esta fase supersólida foi induzida em átomos dipolares ultrafrios de Érbio (Er) e Disprósio (Dy) por um grupo liderado por Francesca Ferlaino da Universidade de Innsbruck, também autora deste trabalho.

A equipe descobriu que falhas podem de fato ocorrer em supersólidos ultrafrios, que são análogas às falhas maiores e mais extremas demonstradas por estrelas de nêutrons. Estes resultados sugerem que são os vórtices verdadeiramente superfluidos que transportam o momento angular para a superfície destas estrelas que as fazem parecer falhas.

A abordagem desenvolvida pela equipe multidisciplinar será agora explorada mais detalhadamente, investigando o mecanismo de falha com mais detalhes, bem como como ele pode depender da qualidade do material supersólido. O estudo também pode ajudar a criar uma nova maneira de investigar remanescentes estelares, como estrelas de nêutrons, em laboratório para outros fins.

“Esta pesquisa mostra uma nova abordagem para obter insights sobre o comportamento das estrelas de nêutrons e abre novos caminhos para a simulação quântica de objetos estelares em laboratórios de baixa energia da Terra”, concluiu Ferlaino.

Fonte: Space.com