Raios laser decodificam segredos de estrelas de nêutrons por meio de núcleos “espelho”

Cientistas utilizaram medições precisas com laser para quantificar os raios nucleares de isótopos de silício, com o objetivo de aprimorar teorias nucleares e nossa compreensão da matéria presente nas estrelas de nêutrons.

As medições a laser permitiram que os pesquisadores refinassem as medições do raio nuclear de isótopos de silício, aumentando nossa compreensão teórica de estrelas de nêutrons e matéria nuclear densa. Crédito: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser 

Essas descobertas têm uma importância significativa tanto para a física nuclear quanto para a astrofísica, oferecendo novos insights sobre a estrutura de objetos cósmicos densos.

Mudanças nos Isótopos e Medições do Raio Nuclear

Adicionar ou remover nêutrons de um núcleo atômico provoca alterações em seu tamanho, o que, por sua vez, causa pequenas variações nos níveis de energia dos elétrons do átomo, conhecidas como mudanças de isótopos. Os cientistas podem usar medições precisas dessas variações de energia para determinar o raio do núcleo de um isótopo.

Neste estudo, os cientistas realizaram medições assistidas por laser dos raios nucleares dos isótopos estáveis de silício: silício-28, silício-29 e silício-30. Eles também mediram o raio do núcleo do silício-32, que é instável e possui 14 prótons e 18 nêutrons. Os pesquisadores compararam o raio do núcleo de silício-32 com o de seu núcleo “espelho”, o argônio-32, que possui 18 prótons e 14 nêutrons. Essa comparação ajudou a estabelecer limites em variáveis que descrevem a física de objetos astrofísicos, como as estrelas de nêutrons. Os resultados representam um passo importante no desenvolvimento da teoria nuclear, que estuda os núcleos e seus componentes.

As diferenças de raios de carga em núcleos espelho, que têm números opostos de prótons e nêutrons, podem ajudar a restringir parâmetros para a equação de estado da matéria nuclear, que descreve as propriedades de objetos astrofísicos, como estrelas de nêutrons. Crédito: Ronald Garcia/Dean Lee

Desafios e Progressos na Teoria Nuclear

Apesar dos avanços na teoria nuclear, os cientistas ainda enfrentam desafios para entender completamente os núcleos. Por exemplo, não foi possível conectar a descrição do tamanho nuclear com a teoria subjacente da forte força nuclear. Além disso, não está claro se as teorias nucleares que descrevem núcleos atômicos finitos podem oferecer uma descrição confiável da matéria nuclear, que é formada por prótons e nêutrons interagindo. A matéria nuclear inclui situações extremas, como as encontradas em estrelas de nêutrons. Medições precisas dos raios de carga – o raio dos núcleos atômicos – ajudam a resolver essas questões em aberto.

Técnicas de Precisão na Medição de Isótopos

Os pesquisadores usaram medições de espectroscopia a laser para analisar as mudanças nos isótopos atômicos e determinar o raio nuclear de diferentes isótopos de silício na instalação BEam COoler e LAser spectroscopy (BECOLA) do Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) na Universidade Estadual de Michigan. As medições foram realizadas para os isótopos estáveis de silício-28, silício-29 e silício-30, além do isótopo instável silício-32.

Implicações para a Teoria Nuclear e Astrofísica

Os resultados fornecem um importante referencial para o desenvolvimento da teoria nuclear. A diferença nos raios de carga entre o núcleo de silício-32 e seu núcleo espelho, argônio-32, foi utilizada para restringir parâmetros necessários à descrição das propriedades da matéria densa de nêutrons dentro das estrelas de nêutrons. Os resultados obtidos estão de acordo com as restrições derivadas de observações de ondas gravitacionais e outras observações complementares.

Fonte: scitechdaily.com