O estudo da velocidade do som revelou que as estrelas de nêutrons pesadas têm um manto rígido e um núcleo macio, enquanto as estrelas de nêutrons leves têm um manto macio e um núcleo rígido – bem como diferentes bombons de chocolate. Crédito: Peter Kiefer & Luciano Rezzolla
Até agora, pouco se sabe sobre o interior das estrelas de nêutrons, aqueles objetos extremamente compactos que podem se formar após a morte de uma estrela. A massa do nosso sol ou até mais é comprimida em uma esfera com o diâmetro de uma grande cidade. Desde sua descoberta, há mais de 60 anos, os cientistas tentam decifrar sua estrutura.
O maior desafio é simular as condições extremas dentro das estrelas de nêutrons, pois dificilmente podem ser recriadas na Terra em laboratório. Existem, portanto, muitos modelos nos quais várias propriedades – desde densidade e temperatura – são descritas com a ajuda das chamadas equações de estado. Essas equações tentam descrever a estrutura das estrelas de nêutrons desde a superfície estelar até o núcleo interno.
Agora, físicos da Goethe University Frankfurt conseguiram adicionar mais peças cruciais ao quebra-cabeça. O grupo de trabalho, liderado pelo Prof. Luciano Rezzolla do Instituto de Física Teórica, desenvolveu mais de um milhão de equações de estado diferentes que satisfazem as restrições impostas pelos dados obtidos da física nuclear teórica, por um lado, e por observações astronômicas, por outro, outro. Seu trabalho foi publicado no The Astrophysical Journal Letters.
Ao avaliar as equações de estado, o grupo de trabalho fez uma descoberta surpreendente: estrelas de nêutrons “leves” (com massas menores que cerca de 1,7 massas solares) parecem ter um manto macio e um núcleo rígido, enquanto estrelas de nêutrons “pesadas” (com massas maior do que 1,7 massas solares) em vez disso, têm um manto rígido e um núcleo macio.
“Este resultado é muito interessante porque nos dá uma medida direta de quão compressível o centro das estrelas de nêutrons pode ser”, diz o Prof. Luciano Rezzolla, “estrelas de nêutrons aparentemente se comportam um pouco como bombons de chocolate: avelã em seu centro cercado por chocolate macio, enquanto estrelas pesadas podem ser consideradas mais como aqueles chocolates onde uma camada dura contém um recheio macio.”
Crucial para essa percepção foi a velocidade do som, um foco de estudo do estudante de bacharelado Sinan Altiparmak. Essa medida de quantidade descreve a rapidez com que as ondas sonoras se propagam dentro de um objeto e depende de quão rígida ou macia é a matéria. Aqui na Terra, a velocidade do som é usada para explorar o interior do planeta e descobrir jazidas de petróleo.
Ao modelar as equações de estado, os físicos também foram capazes de descobrir outras propriedades anteriormente inexplicáveis das estrelas de nêutrons. Por exemplo, independentemente de sua massa, eles provavelmente têm um raio de apenas 12 km. Assim, eles são tão grandes em diâmetro quanto a cidade natal da Universidade Goethe, Frankfurt.
O autor do estudo, Dr. Christian Ecker, explica: “Nosso extenso estudo numérico não apenas nos permite fazer previsões para os raios e massas máximas de estrelas de nêutrons, mas também estabelecer novos limites em sua deformabilidade em sistemas binários, ou seja, quão fortemente eles distorcem entre si através de seus campos gravitacionais. Esses insights se tornarão particularmente importantes para identificar a equação de estado desconhecida com futuras observações astronômicas e detecções de ondas gravitacionais de estrelas em fusão.”
Publicado em 19/11/2022 13h43
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