Quando estrelas de nêutrons dançam juntas, o grand smash finale que elas experimentam pode criar a forma mais densa conhecida de matéria no Universo. É chamada de “matéria quark”, uma combinação altamente estranha de quarks e glúons liberados. Não está claro se a coisa existia em seus núcleos antes do fim de sua dança. No entanto, no rescaldo selvagem de uma fusão de estrelas de nêutrons, as condições estranhas podem liberar quarks e glúons de prótons e nêutrons. Isso permite que eles se movam livremente no rescaldo. Então, os pesquisadores querem saber o quão livremente eles se movem e quais condições podem impedir seu movimento (ou fluxo).
Essas estrelas estranhas são coleções de nêutrons extremamente densas e estranhas. Então, quando duas delas dançam e se fundem, elas mudam de forma sob a pressão da fusão. Elas também esquentam. As condições eventualmente mudam os estados da matéria em seus núcleos. De acordo com o professor Aleksi Vuorinen da Universidade de Helsinque, Finlândia, é isso que os astrônomos acham que acontece durante as fusões de estrelas de nêutrons. No entanto, ele ressalta que ninguém entende completamente essas condições e como os quarks se comportam nelas. “Descrever fusões de estrelas de nêutrons é particularmente desafiador para os teóricos porque todas as ferramentas teóricas convencionais parecem quebrar de uma forma ou de outra nesses sistemas dependentes do tempo e verdadeiramente extremos”, disse ele.
Como as colisões de estrelas de nêutrons envolvem quarks
No zoológico cósmico, as estrelas de nêutrons estão entre os habitantes mais estranhos. Elas são sobras altamente magnetizadas de velhas estrelas supermassivas que morreram em explosões de supernovas. O colapso catastrófico da estrela moribunda cria uma bola sólida de nêutrons onde o núcleo estelar existia. Algumas giram muito rapidamente e enviam sinais para o espaço. O pulsar da Nebulosa do Caranguejo é um bom exemplo de tal objeto. Seu núcleo gira cerca de 30 vezes por segundo e seu sinal aparece como pulsos regulares em frequências de rádio, gama e comprimentos de onda de raios X. É por isso que é chamado de “pulsar”.
Quando estrelas de nêutrons se fundem, obviamente elas misturam e mesclam seus conteúdos. Os pesquisadores querem saber a viscosidade do material criado na fusão. Essencialmente, isso seria uma medida de quão fortemente as interações de partículas resistiriam ao fluxo. Ou pense nisso como uma medição de quão “pegajoso” o fluxo da sopa de quarks seria. Uma sopa de quarks espessa fluiria mais lentamente, enquanto uma fina se moveria mais rápido. A ideia é entender as condições e o que elas fazem para afetar o fluxo de quarks durante uma fusão.
Teorias sobre Quarks Sticky
Os pesquisadores querem definir a chamada “viscosidade em massa” do material criado durante a fusão de estrelas de nêutrons. Essencialmente, a viscosidade em massa descreve a perda de energia à medida que o sistema envolvido na fusão experimenta oscilações radiais. Eles mostram como a densidade quark-gluon muda de forma regular e periódica. Vuornin e colegas se propuseram a determinar a viscosidade em massa da matéria quark envolvida em tal colisão. Eles estudaram o problema usando dois métodos teóricos, um invocando princípios de holografia e o outro em um estudo de campo quântico chamado teoria de perturbação.
Essencialmente, a abordagem holográfica olha para o problema da matéria quark como um fator das densidades e temperaturas que ocorrem durante colisões de estrelas de nêutrons. A equipe está interessada em algo chamado “cromodinâmica quântica”. Esse é o estudo das interações entre os quarks e os glúons no material criado pela colisão.
A teoria da perturbação analisa a força das interações entre essas partículas. Ao aplicar ambos os métodos, a equipe foi capaz de caracterizar a viscosidade em massa, ou seja, a “pegajosidade” da matéria quark. Então, eles puderam descobrir que sua pegajosidade ocorre em temperaturas mais baixas do que o esperado. É um grande passo à frente na compreensão do comportamento da matéria da estrela de nêutrons durante fusões. “Esses resultados também podem auxiliar na interpretação de observações futuras. Podemos, por exemplo, procurar efeitos viscosos em dados futuros de ondas gravitacionais, e sua ausência pode revelar a criação de matéria quark em fusões de estrelas de nêutrons”, acrescenta o professor universitário Niko Jokela.
Usando a física e a teoria quântica para investigar uma estrela de nêutrons
Ninguém jamais esteve dentro do estranho universo dentro da estrela de nêutrons. No entanto, deve ser um dos lugares mais estranhos do cosmos. Como mencionado, eles são feitos simplesmente de nêutrons — combinações de prótons e elétrons. Ao contrário da maioria das estrelas, eles não irradiam calor e qualquer calor residual que eles contenham se dissipa ao longo do tempo. Esses objetos estranhos têm campos magnéticos extremamente fortes.
Estrelas de nêutrons são incrivelmente densas. Apenas uma pequena quantidade de seu material (aproximadamente o tamanho de uma carteira comum) pesaria cerca de 3 bilhões de toneladas. Isso faz dessas estrelas estranhas os segundos objetos mais densos do Universo, depois dos buracos negros supermassivos. Astrônomos e físicos de partículas estão interessados nelas porque podem oferecer insights sobre tópicos como supercondutividade, o comportamento de fluidos densos e um tópico chamado cromodinâmica quântica. Estudar as colisões desses objetos superdensos também oferece insights sobre o crescimento desses objetos após sua formação original em explosões catastróficas de supernovas.
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Fonte: InfoMoney
