Quando as estrelas chegam ao fim do seu ciclo de vida, elas libertam as suas camadas exteriores numa supernova. O que resta é uma estrela de nêutrons, um remanescente estelar incrivelmente denso, apesar de ser relativamente pequeno e frio. Quando isso acontece em sistemas binários, as estrelas de nêutrons resultantes eventualmente espiralarão para dentro e colidirão. Quando finalmente se fundem, o processo desencadeia a libertação de ondas gravitacionais e pode levar à formação de um buraco negro. Mas o que acontece quando as estrelas de neutrões começam a fundir-se, até ao nível quântico, é algo sobre o qual os cientistas estão ansiosos por aprender mais.

Quando as estrelas começam a fundir-se, são geradas temperaturas muito elevadas, criando “neutrinos quentes” que permanecem desequilibrados com os núcleos frios das estrelas em fusão. Normalmente, essas partículas minúsculas e sem massa só interagem com a matéria normal por meio de forças nucleares fracas e possivelmente da gravidade. No entanto, de acordo com novas simulações liderados por físicos da Penn State University (PSU), esses neutrinos podem interagir fracamente com a matéria normal durante esse período. Essas descobertas podem levar a novos insights sobre esses eventos poderosos.

Pedro Luís Espino, pesquisador de pós-doutorado na Penn State e na Universidade da Califórnia, Berkeley, liderou a pesquisa. Ele foi acompanhado por colegas astrofísicos da PSU, a Instituto de Física Teórica da Universidade Friedrich Schiller Jenaa Universidade de Trento e o Instituto Trento de Física Fundamental e Aplicações (INFN-TIFPA). Um artigo descrevendo suas simulações, “Captura de neutrinos e efeitos fora de equilíbrio em remanescentes binários de fusão de nêutrons-estrelas”, publicado recentemente na revista Cartas de revisões físicas.

Publicidade
Concepção artística de uma fusão de estrela de nêutrons.  Este processo também cria elementos pesados.  Crédito: Universidade Tohoku
Concepção artística de uma fusão de estrela de nêutrons. Este processo também cria elementos pesados. Crédito: Universidade Tohoku
Publicidade

Originalmente previstas pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein, as ondas gravitacionais (GW) são essencialmente ondulações no espaço-tempo causadas pelo colapso de estrelas ou pela fusão de objetos compactos (como estrelas de nêutrons e buracos negros). As estrelas de nêutrons têm esse nome porque sua incrível densidade funde prótons e elétrons, criando remanescentes estelares compostos quase inteiramente de nêutrons. Durante anos, os astrónomos estudaram eventos GW para aprender mais sobre companheiros binários e o que acontece no momento em que se fundem. Disse Pedro Luis Espino, pesquisador de pós-doutorado na Penn State e na Universidade da Califórnia, Berkeley, explicado em um Comunicado de imprensa da Penn State:

“Pela primeira vez em 2017, observamos aqui na Terra sinais de vários tipos, incluindo ondas gravitacionais, provenientes de uma fusão binária de estrelas de nêutrons. Isso levou a um grande aumento de interesse na astrofísica de estrelas de nêutrons binárias. Não há forma de reproduzir estes eventos num laboratório para os estudar experimentalmente, por isso a melhor janela que temos para compreender o que acontece durante uma fusão binária de estrelas de neutrões é através de simulações baseadas na matemática que surge da teoria da relatividade geral de Einstein.”

Embora as estrelas de nêutrons sejam efetivamente frias, elas podem ficar extremamente quentes durante uma fusão, especialmente na interface (o ponto onde as duas estrelas fazem contato). Nesta região, as temperaturas podem atingir trilhões de graus Kelvin, mas a densidade das estrelas impede que os fótons escapem para dissipar o calor. De acordo com David Radice, professor assistente de astronomia e astrofísica no Eberly College of Science da Penn State e um dos líderes da equipe, esse calor pode ser dissipado por neutrinos, que são criados durante a colisão quando os nêutrons são esmagados para formar prótons. elétrons e neutrinos.

“O período em que as estrelas em fusão estão fora de equilíbrio é de apenas 2 a 3 milissegundos, mas tal como a temperatura, o tempo é relativo aqui, o período orbital das duas estrelas antes da fusão pode ser de apenas um milissegundo”, disse ele. “Esta breve fase de desequilíbrio é quando ocorre a física mais interessante, uma vez que o sistema retorna ao equilíbrio, a física é melhor compreendida.”

Publicidade

Para investigar isso, a equipe de pesquisa criou simulações de supercomputadores que modelaram a fusão e a física associada de estrelas binárias de nêutrons. As suas simulações mostraram que até os neutrinos podem ser aprisionados pelo calor e pela densidade da fusão, que os neutrinos quentes estão fora de equilíbrio com os núcleos ainda frios e podem interagir com a matéria das estrelas. Além disso, as suas simulações indicam que as condições físicas presentes durante uma fusão podem afetar os sinais GW resultantes. Disse Espino:

“A forma como os neutrinos interagem com a matéria das estrelas e eventualmente são emitidos pode impactar as oscilações dos remanescentes fundidos das duas estrelas, o que por sua vez pode impactar a aparência dos sinais das ondas eletromagnéticas e gravitacionais da fusão quando chegam até nós aqui na terra. Detectores de ondas gravitacionais de próxima geração poderiam ser projetados para procurar esses tipos de diferenças de sinal. Desta forma, estas simulações desempenham um papel crucial, permitindo-nos obter informações sobre estes eventos extremos, ao mesmo tempo que informam experiências e observações futuras numa espécie de ciclo de feedback.”

Esta é certamente uma boa notícia para a astronomia de ondas gravitacionais e para os cientistas que esperam usar eventos GW para sondar o interior de estrelas de nêutrons. Saber quais condições estão presentes durante as fusões com base no tipo de sinais GW produzidos também poderia fornecer novos insights sobre supernovas, explosões de raios gama, explosões rápidas de rádio e a natureza da matéria escura.

Publicidade

Leitura adicional: fonte de alimentação, Cartas de revisão física

Share. Facebook Twitter Pinterest LinkedIn Tumblr Email

Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.