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Estrelas de nêutrons mostram seus núcleos
Uma combinação de cálculos teóricos e informações de observações astronômicas indica que estrelas massivas de nêutrons podem conter núcleos cheios de quarks livres
Por Ana Lopes - 02/06/2020


Impressão artística do interior de uma estrela de nêutrons. Quanto mais profunda a
camada, mais densa ela é. (Imagem: Jyrki Hokkanen, CSC - IT Center
for Science Ltd., Finlândia)

Mergulhe no interior das estrelas de nêutrons e você encontrará, adivinhe, nêutrons. Mas não é tão simples assim. Quanto mais profundo o mergulho, mais difuso e denso fica o interior. Não faltam teorias sobre o que pode constituir o centro desses objetos cósmicos. Uma hipótese é que ele está cheio de quarks livres, não confinados dentro de nêutrons. Outra é que é feito de hiperons, partículas que contêm pelo menos um quark do tipo "estranho". Outra ainda é que consiste em um estado exótico da matéria chamado condensado de kaon.

Em um artigo publicado recentemente na revista Nature Physics , um quinteto de pesquisadores, incluindo Aleksi Kurkela, do departamento de Teoria do CERN, fornece evidências de que estrelas massivas de nêutrons podem conter núcleos cheios de quarks livres. Essa matéria de quarks se assemelha ao estado denso de quarks e glúons livres que se pensa existirem logo após o Big Bang e pode ser recriado em coletores de partículas na Terra, como o Large Hadron Collider.

"Nossa análise não descarta completamente a existência de estrelas massivas com núcleos de nêutrons, mas demonstra que os núcleos de matéria de quarks não são uma alternativa exótica", diz Kurkela. "Mal podemos esperar para incorporar novos dados de estrelas de nêutrons em nossa análise e ver como eles afetarão essa conclusão".


Para alcançar essa evidência, os pesquisadores combinaram informações de observações astronômicas de estrelas de nêutrons com cálculos teóricos. Enquanto as observações astronômicas fornecem algumas informações sobre o interior das estrelas, elas não revelam sua composição exata.

Os cálculos teóricos envolviam descrever o estado da matéria dentro de uma estrela de nêutrons desde a crosta até o centro. Para fazer isso, os pesquisadores usaram as chamadas equações de estado, que relacionam a pressão de um estado da matéria com a densidade de energia - a quantidade de energia acumulada em um sistema ou região de espaço por unidade de volume.

A equipe então inseriu duas informações a partir de dados astronômicos nesses cálculos: a observação de que estrelas de nêutrons podem ter massas equivalentes a dois sóis; e os possíveis valores de uma propriedade chamada deformabilidade das marés para uma estrela de nêutrons com uma massa de cerca de 1,4 vezes a do Sol. A deformabilidade das marés descreve a rigidez de uma estrela em resposta a tensões causadas pela atração gravitacional de uma estrela companheira e foi anteriormente derivada de observações de ondas gravitacionais (ondulações no tecido do espaço-tempo) emitidas pela fusão de duas estrelas de nêutrons.

A partir dessa combinação de teoria e dados, os pesquisadores descobriram que os núcleos de estrelas de nêutrons com massa 1,4 vezes maior que a do Sol devem ser preenchidos com nêutrons. Por outro lado, estrelas mais massivas podem conter grandes núcleos de matéria de quarks. Por exemplo, uma estrela de nêutrons de 2 massas solares com um raio de cerca de 12 km pode ter um núcleo de matéria quadrada com um raio de cerca de 6,5 km - cerca da metade do raio da estrela.

"Nossa análise não descarta completamente a existência de estrelas massivas com núcleos de nêutrons, mas demonstra que os núcleos de matéria de quarks não são uma alternativa exótica", diz Kurkela. "Mal podemos esperar para incorporar novos dados de estrelas de nêutrons em nossa análise e ver como eles afetarão essa conclusão".

 

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