Descoberta do limite máximo de compactação das estrelas de nêutrons

Estrelas de nêutrons, remanescentes cósmicos da explosão cataclísmica de estrelas massivas, estão entre os objetos mais misteriosos do nosso Universo. Sua densidade extrema e estrutura interna desafiam nossa compreensão da física nuclear , levando cientistas a desenvolver novas abordagens teóricas para desvendar seus segredos.

Crédito: Pixabay/Domínio Público 

Uma equipe de pesquisadores estabeleceu recentemente uma relação fundamental sobre a compactação máxima que esses objetos celestes podem atingir. Ao analisar dezenas de milhares de equações de estado diferentes, que descrevem as condições de pressão e densidade no interior das estrelas de nêutrons, os cientistas descobriram um limite inesperado. Essa descoberta abre caminho para testes experimentais que permitirão verificar as propriedades da matéria nuclear sob condições extremas, impossíveis de reproduzir em um laboratório na Terra.

A principal dificuldade no estudo de estrelas de nêutrons reside na impossibilidade de medir diretamente seu raio com precisão. Embora sua massa possa ser determinada com grande exatidão, seu pequeno tamanho e distância tornam as observações diretas particularmente desafiadoras. Luciano Rezzolla, professor de astrofísica teórica da Universidade de Frankfurt, explica que essa limitação impede os cientistas de compreenderem completamente a natureza da matéria que compõe esses objetos celestes extraordinários.

Pesquisadores descobriram que a razão entre a massa e o raio de uma estrela de nêutrons nunca pode exceder 1/3. Essa relação universal, válida para todas as equações de estado concebíveis, estabelece um limite inferior para o raio desses objetos. Assim, para uma estrela de nêutrons de massa conhecida, pode-se afirmar que seu raio deve ser pelo menos três vezes maior que sua massa expressa em unidades geométricas.

Essa descoberta se baseia nos princípios da cromodinâmica quântica, a teoria que descreve a interação forte responsável pela coesão das partículas subatômicas. Pesquisadores demonstraram que essa teoria fundamental deixa uma marca discernível na estrutura interna das estrelas de nêutrons. Qualquer violação observada dessa relação de empacotamento desafiaria nossa compreensão atual das leis fundamentais que governam o Universo em escala subatômica.

As perspectivas para a verificação experimental dessa relação teórica são particularmente promissoras. Instrumentos como o experimento NICER na Estação Espacial Internacional, bem como detectores de ondas gravitacionais, poderão em breve permitir medições precisas dos raios das estrelas de nêutrons. A detecção de eventos como a fusão de estrelas de nêutrons observada em 2017 oferece oportunidades únicas para testar essas previsões teóricas e aprofundar nossa compreensão da física extrema.

Cromodinâmica quântica e estrelas de nêutrons

A cromodinâmica quântica é uma das teorias fundamentais da física de partículas. Ela descreve como a interação forte, mediada por partículas chamadas glúons, mantém os quarks unidos, formando os prótons e nêutrons que constituem a matéria comum.

No contexto das estrelas de nêutrons, essa teoria assume uma dimensão particular. As condições extremas de pressão e densidade que prevalecem no núcleo desses objetos celestes podem permitir o surgimento de formas exóticas de matéria. Os quarks, normalmente confinados dentro dos nêutrons, poderiam adquirir certa liberdade de movimento.

Aplicar os princípios da cromodinâmica quântica ao estudo das estrelas de nêutrons preenche a lacuna entre a física de partículas elementares e a astrofísica. Os pesquisadores usam essa teoria para prever o comportamento da matéria nuclear em condições que não podem ser reproduzidas em laboratório.

Verificar experimentalmente as previsões da cromodinâmica quântica no contexto das estrelas de nêutrons representaria um grande avanço em nossa compreensão do Universo. Isso nos permitiria validar ou refutar certas hipóteses sobre o comportamento da matéria em condições de densidade extrema.

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