“Macarrão” nuclear criado por estrelas mortas pode desvendar os segredos do pós-vida estelar
Imagine cozinhar massa a uma temperatura superior a um trilhão de graus Celsius. Mas isso não é apenas um prato de domingo comum; é a “massa nuclear” encontrada dentro de estrelas de nêutrons. Pesquisadores acabaram de revelar que essas estranhas formações nucleares penetram muito mais profundamente nos núcleos das estrelas de nêutrons do que imaginávamos, e isso pode alterar radicalmente as propriedades dessas estrelas mortas.
As estrelas de nêutrons são a definição de extremos. São os núcleos remanescentes de algumas das estrelas mais massivas do universo, que normalmente comprimem uma quantidade de material equivalente a várias vezes a massa do Sol em um volume não maior do que Manhattan. Para alcançar essas densidades incríveis, a matéria dentro delas é tão comprimida que ligações atômicas e até mesmo nucleares são quebradas. É apenas um grande mar quente de nêutrons, elétrons e prótons flutuando livremente, mantidos unidos pelas complexas interações da força nuclear forte.
Dadas essas condições extremas, os astrônomos ainda não entendem exatamente como a matéria das estrelas de nêutrons se comporta. Uma possibilidade é que as estrelas de nêutrons sejam na verdade híbridas. Sua crosta e camadas externas consistem quase que inteiramente de nêutrons, com alguns elétrons e prótons misturados. No entanto, seus núcleos experimentam pressões e densidades tão extremas que até mesmo os nêutrons se desintegram, deixando para trás uma densa massa semilíquida de quarks – os constituintes mais fundamentais da matéria.
A relação entre o núcleo de quarks e a camada externa de nêutrons determina as propriedades gerais da estrela de nêutrons: como ela gira, como vibra quando a crosta externa se rompe e como se comporta quando colide com outras estrelas de nêutrons em uma explosão conhecida como kilonova. Estrelas de nêutrons que possuem uma divisão nítida entre o núcleo e as camadas externas se comportarão de maneira diferente das estrelas de nêutrons com uma mistura gradual dessas regiões. No entanto, como não temos estrelas de nêutrons próximas para estudar de perto, precisamos recorrer a modelos teóricos para tentar entender seus interiores.
Dois físicos teóricos aceitaram esse desafio. Em um artigo enviado em 26 de agosto para o banco de dados de pré-impressões arXiv, eles aplicaram os modelos mais recentes de comportamento de quarks e nêutrons ao interior das estrelas de nêutrons. Em seu trabalho, que ainda não foi revisado por pares, eles se concentraram nessa zona de transição elusiva e complexa entre o núcleo de quarks e as camadas externas de nêutrons, especialmente no que diz respeito à aparência de… massa.
Esta não é uma macarronada comum. A “massa nuclear” nesta zona de transição é composta por aglomerados compactos de nêutrons imersos em um mar de quarks. Sua aparência resulta da interação complexa das forças nucleares fortes e eletromagnéticas, que fazem os nêutrons se curvarem e torcerem em uma variedade de formas estranhas ao longo da zona de transição. Quando os físicos descobriram essas estruturas pela primeira vez, encontraram uma variedade de formas interessantes: aglomerados, tubos, hastes e bolhas, lembrando a fantástica variedade de formatos de massa encontrados na culinária italiana. (A metáfora se encaixou ainda melhor quando perceberam que a “massa nuclear” estava imersa em um banho quente de quarks, como uma panela de água fervente.) Finalmente, a profundidades suficientemente grandes, as pressões se tornam tão intensas que a massa se desintegra em um mar de quarks.
Os pesquisadores examinaram o importante papel da tensão de curvatura, que é a resistência de uma forma curva às transformações que tentam endireitá-la. A tensão de curvatura é semelhante à tensão superficial mais conhecida, em que um líquido resiste às forças externas que tentam penetrar em sua superfície.
Os pesquisadores descobriram que as tensões de curvatura podem favorecer algumas formas, permitindo que a “massa cozida” penetre mais profundamente no núcleo de quarks, enquanto outras formas são desfavorecidas. Especificamente, eles descobriram que os tubos e bolhas podem sobreviver a densidades muito mais altas do que o previamente imaginado, graças às contribuições da tensão de curvatura, enquanto gotas e hastes não duram muito tempo.
Essas mudanças podem parecer sutis, mas podem ter impactos significativos. Quando estrelas de nêutrons colidem, levando a explosões de kilonova, os detalhes dessa explosão – mais importante, a capacidade dessa explosão de produzir muitos dos elementos mais pesados da tabela periódica – dependem dos interiores das estrelas de nêutrons. Diferenças na profundidade em que os nêutrons penetram no núcleo e nas formas que assumem podem alterar a evolução dessas explosões.
O próximo passo para os pesquisadores é desenvolver ainda mais essa linha de pensamento e investigar como podemos usar explosões de kilonova para revelar as estruturas detalhadas dos interiores das estrelas de nêutrons, especialmente todas essas intrigantes formações de nêutrons. À medida que a pesquisa avança, nosso entendimento desses objetos extremamente misteriosos do universo só tende a se aprofundar. [Space]
