No dia 14 de agosto de 2019, a colaboração LIGO-Virgo detectou um sinal de onda gravitacional que se acredita estar associado a  fusão de um sistema estelar bina¡rio composto por um buraco negro com uma massa de 23 vezes a massa do sol ( M ⊙) e um objeto compacto com uma massa de cerca de 2,6 M⊙. A natureza da estrela secunda¡ria de GW190814 éenigma¡tica, já que, de acordo com as observações astrona´micas atuais, pode ser a estrela de naªutrons mais pesada ou o buraco negro mais leve já observado.

Pesquisadores da Universidade de Pisa, da Universidade de Ferrara e do Instituto Nacional de Fa­sica Nuclear (INFN) da Ita¡lia realizaram recentemente um estudo explorando a possibilidade de que a fonte do evento GW190814 detectado pelo LIGO-Virgo seja um buraco negro estranho estrela de quark sistema. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters , ébaseado em um modelo astrofisico que eles desenvolveram hávários anos.

"A primeira condição exigida por nosso modelo éque a densidade central de estrelas de naªutrons massivas seja alta o suficiente para permitir uma transição de uma fase de matéria nuclear 'normal' (um fluido consistindo de naªutrons, pra³tons e possivelmente outraspartículas, como hiperons) para uma nova fase que consiste em um fluido composto pelos três tipos mais leves de quarks, a saber, os quarks up (u), down (d) e estranhos (a chamada matéria quark estranha), "Ignazio Bombaci, Alessandro Drago , Domenico Logoteta, Giuseppe Pagliara e Isaac Vidaa±a, os pesquisadores que realizaram o estudo, disseram ao Phys.org por e-mail. "Além disso, se a matéria quark estranha éabsolutamente esta¡vel (a chamada hipa³tese de Bodmer-Terezawa-Witten), então a transição éde primeira ordem, e naªutron 'normal' estrelas além de um valor limite de sua massa tornam-se metaesta¡veis ​​e podem ser convertidas em estranhas estrelas de quark. "

O cena¡rio astrofisico explorado por Bombaci e seus colegas propaµe que, na natureza, existem duas fama­lias coexistentes de estrelas compactas, a saber, estrelas de naªutrons "normais" e estrelas de quark estranhas. Além disso, quando uma estrela de naªutrons éconvertida em uma estranha estrela de quark, ela libera uma quantidade significativa de energia (aproximadamente 10 53 erg), que se assemelha a  energia liberada durante uma explosão de supernova.

"Um equa­voco comum e ainda popular éque a transição de fase para matéria quark estranha torna o material estelar mais macio, ou seja, mais comprima­vel", explicaram os pesquisadores. "Este equa­voco ébaseado na crena§a errada de que os quarks podem ser considerados comopartículas não interagentes (gás Fermi ideal). A introdução de uma dina¢mica de quark mais sofisticada indicou inequivocamente que a matéria quark estranha ébastante ra­gida, e estrelas de quark estranhas podem, portanto, ter grandes massas atéquase três vezes a massa do Sol (M⊙). "

Quando Bombaci e seus colegas analisaram pela primeira vez os dados associados ao evento de onda gravitacional GW190814, especificamente o valor da massa do objeto compacto secunda¡rio do sistema bina¡rio (ou seja, 2,50 - 2,67 M ⊙), eles perceberam que este objeto poderia ser parte do segundo familia de estrelas compactas (ou seja, uma estrela quark estranha de alta massa).

De acordo com o paradigma atualmente aceito na astronomia, existe apenas uma familia de estrelas compactas (ou seja, a familia de estrelas de naªutrons). Além disso, o paradigma sugere que háuma correspondaªncia de um para um entre a densidade central e a pressão de uma estrela de naªutrons e sua massa e raio. Isso significa que medir a massa e o raio de várias estrelas de naªutrons individuais poderia permitir aos pesquisadores inferir a relação entre a pressão e a densidade do material estelar, determinando a chamada equação do estado da matéria densa.

Como no cena¡rio considerado por Bombaci e seus colegas, existem duas fama­lias coexistentes de estrelas compactas; sua conexão com a equação de estado da matéria densa deveria idealmente ser explorada de uma perspectiva nova e diferente.

"Em nossa opinia£o, esta éuma das percepções mais significativas que nosso trabalho traz para os campos da astrofa­sica e da física da matéria densa", disseram os pesquisadores. "Outra implicação relevante éque, em nosso cena¡rio, existem três tipos possa­veis de fusaµes: estrela de naªutrons - estrela de naªutrons, estrela de naªutrons - estrela de quark estranha, estrela de quark estranha - estrela de quark estranha. A fenomenologia das fusaµes anã, portanto, muito diferente da caso em que hápenas uma familia de estrelas compactas. "

O recente artigo de Bombaci e seus colegas descreve três tipos diferentes de possa­veis fusaµes entre estrelas. Além disso, sugere que, se a matéria quark estranha for absolutamente esta¡vel, atéa matéria escura poderia ser, pelo menos em parte, feita de grandes pedaço s de quarks up, down e estranhos. Esta hipa³tese ainda não foi descartada por qualquer observação experimental.

Dados futuros coletados por detectores de ondas gravitacionais combinados com medições precisas de massa-raio podem ajudar a testar a hipa³tese apresentada por esta equipe de pesquisadores.

"Em particular, devemos ter a oportunidade de testar nosso modelo de cena¡rio de duas fama­lias com restrições mais rigorosas", disseram os pesquisadores. "Tambanãm esperamos aprender com a fenomenologia das fusaµes, em particular com a análise do sinal de kilonova: o sinal esperado ébastante diferente em nosso cena¡rio daquele em que existe apenas uma familia de estrelas compactas ."