O universo pode conter objetos cósmicos hipotéticos extremamente densos e exóticos conhecidos como estranhas estrelas quark. Enquanto os astrofísicos continuam a debater a existência de estrelas de quarks, uma equipe de físicos descobriu que o remanescente de uma fusão de estrelas de nêutrons observada em 2019 tem a massa certa para ser uma dessas estranhas estrelas de quarks.
Quando as estrelas morrem, seus núcleos se comprimem em graus tão incríveis que se tornam tipos inteiramente novos de objetos. Por exemplo, quando o sol finalmente se apagar, ele deixará para trás uma anã branca, uma bola do tamanho de um planeta de átomos de carbono e oxigênio altamente comprimidos. Quando estrelas ainda maiores explodem em explosões cataclísmicas chamadas supernovas, elas deixam para trás estrelas de nêutrons. Esses objetos incrivelmente densos têm apenas alguns quilômetros de diâmetro, mas podem pesar algumas vezes a massa do sol. Como o próprio nome sugere, eles são feitos quase inteiramente de nêutrons puros, tornando-os núcleos atômicos essencialmente com quilômetros de largura.
As estrelas de nêutrons são tão exóticas que os físicos ainda não as entendem completamente. Embora possamos observar como as estrelas de nêutrons interagem com seus arredores e fazer algumas boas suposições sobre o que está acontecendo com toda essa matéria de nêutrons perto da superfície, a composição de seus núcleos permanece indefinida.
O problema é que os nêutrons não são partículas totalmente fundamentais. Embora eles se agrupem com prótons para formar núcleos atômicos, os próprios nêutrons são feitos de partículas ainda menores chamadas quarks.
Existem seis tipos, ou “sabores”, de quarks: up, down, top, bottom, strange e charm. Um nêutron é composto de dois quarks down e um quark up. Se você esmagar muitos átomos juntos, eles reverterão para uma bola gigante de nêutrons. Então, se você esmagar muitos nêutrons juntos, eles reverterão para uma bola gigante de quarks?
Assuntos estranhos
As respostas variam de “talvez” a “é complicado”. O problema é que os quarks realmente não gostam de ficar sozinhos. A força nuclear forte, que une os quarks em um núcleo, na verdade cresce com a distância. Se você tentar juntar dois quarks, a força que os puxa de volta aumenta. Eventualmente, a energia atrativa entre eles se torna tão grande que novas partículas aparecem no vácuo, incluindo novos quarks que ficam mais do que felizes em se ligar aos separados.
Se você moldasse um objeto macroscópico com os quarks up ou down que compõem um nêutron, esse objeto explodiria muito rapidamente e com muita violência.
Mas pode haver um caminho usando quarks estranhos. Por si só, os quarks estranhos são bastante pesados e, quando deixados sozinhos, decaem rapidamente nos quarks up e down mais leves. Quando um grande número de quarks se agrupa, no entanto, a física pode mudar. Os físicos descobriram que quarks estranhos podem se ligar a quarks up e down para formar trigêmeos, conhecidos como “strangelets”, que podem ser estáveis – mas apenas sob pressões extremas. Como as pressões um passo acima de uma estrela de nêutrons.
Colisões cósmicas
Se você comprimir demais uma estrela de nêutrons, todos os nêutrons perdem a capacidade de sustentar a estrela, e a coisa toda implode para formar um buraco negro. Mas pode haver um passo espremido no meio, onde as pressões são altas o suficiente para dissolver os nêutrons e formar uma estranha estrela de quarks, mas não intensa o suficiente para que a gravidade assuma o controle total.
Os astrônomos não esperam encontrar muitas estrelas estranhas no universo; esses objetos têm que ser mais pesados que estrelas de nêutrons, mas mais leves que buracos negros, e não há muito espaço de manobra lá. E porque não entendemos completamente a física dos strangelets, nem sabemos as massas precisas onde as estrelas estranhas podem existir.
Mas recentemente, uma equipe de astrônomos analisou GW190425, um evento de onda gravitacional desencadeado pela fusão de duas estrelas de nêutrons observada em 2019. Junto com enormes quantidades de ondas gravitacionais, a fusão de estrelas de nêutrons produz uma kilonova, uma explosão mais poderosa que uma nova, mas mais fraca que uma supernova. Embora os astrônomos não tenham conseguido capturar um sinal eletromagnético desse evento, eles viram um semelhante em 2017 que produziu ondas gravitacionais e radiação.
Quando duas estrelas de nêutrons se fundem, existem algumas opções disponíveis dependendo de suas massas, seus spins e o ângulo de colisão. De acordo com cálculos teóricos, as estrelas de nêutrons poderiam obliterar umas às outras, formar um buraco negro ou fazer uma estrela de nêutrons um pouco mais massiva.
E de acordo com a nova pesquisa, que foi recentemente postada no banco de dados de pré-impressão arXiv, essas colisões cósmicas podem formar uma estranha estrela de quarks.
A equipe calculou que a massa do objeto deixado para trás pela fusão de 2019 estava entre 3,11 e 3,54 massas solares. Com base em nossa melhor compreensão da estrutura das estrelas de nêutrons, isso é um pouco pesado demais e deveria ter colapsado em um buraco negro. Mas também está dentro da faixa de massa permitida pelos modelos das estruturas dessas estrelas estranhas.
Ainda é muito cedo para dizer se GW190425 é nossa primeira observação de uma rara estrela de quark estranha, mas observações futuras (e mais trabalho teórico) podem ajudar os astrônomos a identificar uma dessas criaturas exóticas.
Publicado em 18/09/2022 02h41
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