Com exceção dos buracos negros, as estrelas de nêutrons são os objetos mais densos do Universo.
O que são estrelas de nêutrons?
Depois que estrelas massivas queimam seu combustívele explodirem como supernovas, objetos extremamente compactos – estrelas de nêutrons – podem ser formados. Eles são extraordinariamente densos. Assim, uma colher de chá de matéria estelar de nêutrons pesará cerca de 112 milhões de toneladas na Terra. No entanto, eles são muito pequenos – uma estrela de nêutrons média pode caber dentro dos limites de Londres. Mas o Sol, a estrela mais próxima de nós, pode acomodar mais de um milhão de Terras.
As estrelas de nêutrons são pequenas em tamanho, mas muito densas. Uma típica estrela de nêutrons comparada a Londres.
Crédito de imagem e direitos autorais: Kolbjorn Skarpnes, NTNU
Para atingir tal densidade, seria necessário comprimir um corpo massivo como o Sol até o tamanho de uma cidade como Frankfurt.
Hoje os cientistas sabem da existência2.000 a 3.000 estrelas de nêutrons na Via Láctea. Mas acredita-se que existam muitos mais deles. Eles são difíceis de detectar por vários motivos, desde seu tamanho minúsculo (pelo menos pelos padrões astronômicos) até sua baixa luminosidade na luz visível.
Por que eles são tão interessantes?
Todos os objetos do universo são feitos de estrelas.substâncias. No entanto, nem todos os luminares sintetizam os mesmos elementos químicos. Estrelas comuns são fábricas para a produção de hélio, carbono e outros elementos leves familiares.
Ilustração: ESO
A criação de estrelas mais pesadas, como prata, ouro e platina, requer a colisão de estrelas de nêutrons.
Que perguntas os cientistas têm sobre estrelas de nêutrons?
Medir ondas gravitacionais, pequenasas oscilações do espaço-tempo resultantes da colisão de duas estrelas de nêutrons só foram bem-sucedidas em 2017. Contudo, a composição do produto de fusão quente e denso resultante não é conhecida com precisão. Ainda há questões em aberto, por exemplo, se os quarks, que de outra forma seriam capturados por nêutrons, podem aparecer de forma livre após uma colisão. Para descobrir, os autores do novo estudo desenvolveram um novo modelo.
O que os pesquisadores fizeram?
Como parte do novo estudo, os cientistas expandirammodelos de física nuclear que não são aplicáveis em altas densidades. Para fazer isso, eles usaram um método usado na teoria das cordas para descrever a transição para a matéria quark densa e quente.
Quark é uma partícula elementar e fundamentalcomponente da matéria. Os quarks se combinam para formar partículas compostas chamadas hádrons, dos quais os mais estáveis são os prótons e os nêutrons, componentes dos núcleos atômicos.
Ilustração do novo método:os pesquisadores usam buracos negros pentadimensionais (à direita) para calcular o diagrama de fases da matéria fortemente ligada (centro). Isso torna possível simular fusões de estrelas de nêutrons e as ondas gravitacionais resultantes (esquerda).
Crédito: Goethe University Frankfurt am Main
Os autores do estudo usaram matemáticauma relação encontrada na teoria das cordas, nomeadamente a correspondência entre buracos negros pentadimensionais e matéria em forte interação, para descrever a transição de fase entre matéria nuclear densa e matéria quark.
Em outras palavras, os físicos usaram cinco dimensõesburacos negros para calcular o diagrama de fases da matéria fortemente ligada. Isso ajudou os cientistas a simular a fusão de estrelas de nêutrons e as ondas gravitacionais resultantes.
Кварковое вещество, состоящее из u- и d-кварков, отличается очень высокой энергией Ферми по сравнению с обычным атомарным веществом. Также оно стабильно только при экстремальных температурах и/или давлениях. Это говорит о том, что стабильными кварковыми звездами могут быть только нейтронные с ядром из кварковой материи.
O que eles descobriram?
Ученые уже использовали новую модель в компьютерном моделировании. Так они смогли вычислить сигнал гравитационных волн от этих столкновений и показать, что в результате «космического свидания» нейтронных звезд может появиться как горячая, так и холодная кварковая материя.
Напомним, гравитационные волны — изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Излучаются движущимися массами, но после излучения отрываются от них и существуют независимо от этих масс. Математически связаны с возмущением метрики пространства-времени и могут быть описаны как «рябь пространства-времени».
O que vem a seguir?
В будущем ученые надеются, что смогут сравнить модели с будущими гравитационными волнами, измеренными из космоса, чтобы лучше понять кварковую материю в столкновениях нейтронных звезд.
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Capa: Universidade de Warwick/Mark Garlick, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons