As estrelas de nêutrons são um dos poucos objetos no cosmos capazes de competir pela proeminência com os buracos negros. E isso acontece porque as propriedades que os astrofísicos desvendaram até agora para caracterizá-los são surpreendentes. Sua formação ocorre quando as camadas externas de algumas estrelas são ejetadas para o meio estelar, embora apenas se o objeto resultante tiver mais de 1,44 massa solar, valor conhecido como Limite de Chandrasekhar Em homenagem ao astrofísico indiano que o calculou, o remanescente estelar entrará em colapso mais uma vez para dar origem a uma estrela de nêutrons.
Poucos momentos antes de ocorrer a supernova, o núcleo de ferro das estrelas massivas está sujeito à enorme pressão das camadas superiores de material e também à ação incessante da contração gravitacional. Esses processos desencadeiam um mecanismo de natureza quântica que acarreta mudanças muito importantes na estrutura da matéria, fazendo com que o ferro do núcleo estelar, que está sujeito a uma temperatura muito elevada, se fotodesintegre sob a ação de fótons de alta energia, que constituem uma forma de transferência de energia conhecida como radiação gama.
Esses fótons de altíssima energia conseguem desintegrar o ferro e o hélio acumulados no núcleo da estrela, dando origem à produção de partículas alfa, que são núcleos de hélio que não possuem envelope eletrônico, e que, portanto, possuem carga elétrica positiva. e nêutrons. Além disso, um mecanismo conhecido como captura beta que não vamos investigar para não complicar demais o artigo. O importante é sabermos que isso faz com que os elétrons dos átomos de ferro interajam com os prótons do núcleo, neutralizando sua carga positiva e levando à produção de mais nêutrons.
Ondas gravitacionais carregam informações sobre o evento que as causou
Durante a formação das estrelas de nêutrons, a matéria inicial, que era composta de prótons, nêutrons e elétrons, passa a ser composta apenas de nêutrons porque, como acabamos de ver, os elétrons e os prótons interagiram através da captura eletrônica para dar origem a mais nêutrons. A partir desse momento a estrela não é mais composta de matéria comum; Transformou-se numa espécie de enorme cristal composto apenas de nêutrons.
Porém, uma vez que a estrela tenha atingido este estado, podemos perguntar-nos que mecanismo permite que esta bola de nêutrons consiga resistir e neutralizar a pressão exercida pela incansável contração gravitacional. O fenômeno responsável por manter a estrela de nêutrons em equilíbrio é o principio de exclusión de Paulium efeito de natureza quântica em que não é necessário mergulharmos profundamente para não complicar muito mais o artigo.
Um fragmento de um centímetro cúbico de uma estrela de nêutrons pesa aproximadamente um bilhão de toneladas.
De forma muito ampla, este princípio, afirmado pelo físico austríaco Wolfgang Ernst Pauli em 1925, estabelece que dois férmions do mesmo sistema quântico não podem permanecer no mesmo estado quântico. Quarks, que são as partículas elementares que constituem os prótons e nêutrons do núcleo atômico, são férmions. E elétrons também. Para aproximar de forma simples o que significa que dois férmions não podem adquirir o mesmo estado quântico e entender de onde vem o equilíbrio das estrelas de nêutrons, podemos intuir que a impossibilidade de dois nêutrons ocuparem o mesmo lugar gera a pressão necessária para manter a estrela em equilíbrio.
E isto leva-nos ao que é sem dúvida a característica mais surpreendente das estrelas de neutrões: a sua densidade. O raio médio de um desses objetos é de aproximadamente dez quilômetros, mas sua massa é enorme. Comparadas, por exemplo, às estrelas encontradas na sequência principal, ou mesmo às anãs brancas, as estrelas de nêutrons são muito pequenas, e acumular tanta massa em um espaço tão pequeno faz com que um fragmento de um centímetro cúbico de uma estrela de nêutrons pese aproximadamente, não mais, nada menos, bilhões de toneladas. É incrível que um pequeno pedaço de matéria semelhante a um cubo de açúcar possa ter um peso tão monstruoso.
E finalmente chegamos aos segundos protagonistas deste artigo: ondas gravitacionais ou gravitacionais. Essas perturbações geradas por objetos massivos sujeitos a uma certa aceleração se propagam pelo continuum espaço-tempo à velocidade da luz na forma de ondas, que, sob certas condições, os cientistas conseguem detectar. Sua propriedade mais importante é que carregam informações sobre o evento cósmico que os originou.
A próxima geração de interferômetros visa permitir aos astrofísicos compreender melhor as estrelas de nêutrons, entre outros objetivos.
A sensibilidade dos interferômetros que utilizamos atualmente para identificá-los exige que essas perturbações tenham sido causadas por eventos de grande magnitude, como, por exemplo, a colisão de dois buracos negros. Ou de duas estrelas de nêutrons. Este é o tipo de cataclismos cósmicos que podemos identificar atualmente através das perturbações que introduzem na estrutura do espaço-tempo. No entanto, os astrofísicos têm outra ferramenta à sua disposição para estudar estrelas de nêutrons e prever seu comportamento: simulações de alta resolução executadas em um supercomputador.
Precisamente, uma equipa de investigadores publicou um artigo muito interessante na revista As cartas do jornal astrofísico no qual explica qual procedimento utilizou para simular a colisão de duas estrelas de nêutrons e os efeitos térmicos desse fenômeno violento no objeto resultante. Eles também previram como seriam as ondas gravitacionais que essa colisão desencadearia, e o mais surpreendente é que identificaram uma forte dependência entre a temperatura do objeto remanescente da colisão e a frequência das ondas gravitacionais.
Os interferômetros mais avançados atualmente disponíveis, como o LIGO, não possuem a sensibilidade necessária para captar as ondas gravitacionais instigadas por alguns desses violentos fenômenos cósmicos. Mesmo assim, com toda probabilidade a próxima geração destes dispositivos engenhosos permitirá aos astrofísicos estudar eventos como o que estes investigadores simularam. E com uma ferramenta tão poderosa em mãos, eles terão a oportunidade de entender melhor como se comporta a matéria ultradensa das estrelas de nêutrons, algo impossível de ser feito na Terra. Não há dúvida de que o esforço necessário para identificar as ondas gravitacionais vale a pena.
Imagem de capa: NASA | Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
Mais informação: As cartas do jornal astrofísico
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