A confirmação das ondas gravitacionais em 2017 continua a desbloquear novos mundos da física, mas também continua a suscitar mais questões. A detecção de cada onda gravitacional traz um novo desafio – como descobrir o que causou o evento. Às vezes, isso é mais difícil do que parece. Agora, uma equipe liderada por Alejandro Vigna-Gomez da Universidade de Copenhagen acredita ter encontrado um modelo de morte estelar que ajuda a explicar algumas descobertas até então inexplicáveis – e aponta para uma galáxia com muito mais estrelas de nêutrons massivas do que se pensava.
Na ciência, é comum coletar dados que não parecem se adequar à teoria científica atual. Esse tipo de dados inesperados vieram da segunda descoberta de ondas gravitacionais do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Normalmente, o LIGO registraria ondas gravitacionais resultantes da colisão de dois objetos extremamente densos, como um buraco negro e uma estrela de nêutrons. No caso de seu segundo registro positivo, inicialmente registrado em 2019 e agora conhecido como GW190425, os dados apontavam para a fonte como sendo duas estrelas de nêutrons em fusão, mas eram surpreendentemente grandes.
Estrelas de nêutrons médias são difíceis de “ver” no sentido tradicional. Como seu primo aparentado, o buraco negro, eles geralmente se formam apenas depois que uma estrela supermassiva implodiu. No entanto, ocasionalmente eles formam pulsares, criando uma forma de estrela que é uma das mais visíveis do universo. Normalmente, a única maneira de ver um sistema estelar de nêutrons binário, como aquele que criou o sinal de onda gravitacional GW190425, é se uma das duas estrelas no sistema for um pulsar e, em seguida, interagir com sua estrela de nêutrons regular. Mas nenhum dos sistemas estelares binários de nêutrons conhecidos tinha estrelas pesadas o suficiente para corresponder ao sinal visto pelo LIGO.
Eles não tinham essas estrelas em parte devido a estrelas maiores que se transformam em buracos negros em vez de estrelas de nêutrons quando morrem. No entanto, os sinais gravitacionais vinham da fusão de estrelas de nêutrons gigantes, não da fusão de buracos negros. Então, o que está causando a formação dessas grandes estrelas de nêutrons, e por que elas não estão aparecendo em pares binários com pulsares?
De acordo com o Dr. Vigna-Gomez, a resposta pode estar em um tipo de estrela chamada “estrela despojada”. Também chamada de estrela de hélio, esses objetos estelares só se formam em sistemas binários e têm sua camada externa de hidrogênio forçada para longe pela outra estrela do sistema, deixando um núcleo de hélio puro. A equipe modelou esses tipos de estrelas para entender o que acontece com elas depois de uma supernova. Depende de dois fatores: o peso do núcleo que resta e a força de sua explosão de supernova.
Usando modelos de evolução estelar, a equipe mostrou que para estrelas de hélio, algumas das camadas externas de hélio podem ser explodidas na explosão, reduzindo o peso da estrela a ponto de não ser mais capaz de se tornar um buraco negro. Isso poderia explicar potencialmente de onde vêm as estrelas de nêutrons pesadas, mas por que não são mais perceptíveis em sistemas binários com pulsares?
A resposta vem de um processo padrão em sistemas binários – transferência em massa. Freqüentemente, uma estrela em um sistema binário perde parte de seu material para a outra estrela, mais massiva, em um processo conhecido como transferência de massa. Em sistemas estelares de nêutrons, essa transferência de massa às vezes pode girar uma estrela de nêutrons em um pulsar. No entanto, quanto maior o núcleo de hélio da estrela, menos provável é o processo de transferência de massa. Portanto, em sistemas que formam estrelas de nêutrons massivas, é menos provável que acabem em um sistema binário com um pulsar. Eles são mais capazes de manter sua massa em vez de transferi-la para seu companheiro binário, deixando-a acender como um pulsar.
Outros dados do LIGO apóiam essa teoria. Parece que as fusões de estrelas de nêutrons pesadas são tão comuns no universo quanto as fusões de estrelas de nêutrons um pouco menos pesadas com pulsares. Pode existir uma população inteira de grandes sistemas binários de estrelas de nêutrons, invisíveis aos nossos métodos usuais de detecção. Mas agora, com o LIGO, devemos pelo menos ser capazes de ver quando eles se fundem, e isso é mais um passo para realmente entendê-los.
Publicado em 23/10/2021 09h52
Artigo original:
Estudo original: