As estrelas de nêutrons são os objetos mais densos do Universo, maiores que o Sol em massa, mas condensados em uma esfera relativamente pequena.
Qual o tamanho das estrelas de nêutrons? As estimativas anteriores do raio variaram de oito a dezesseis quilômetros. Astrofísicos da Universidade Goethe em Frankfurt (Alemanha) foram capazes de determinar o tamanho das estrelas de nêutrons em até 1,5 km usando uma abordagem estatística sofisticada baseada na medição de ondas gravitacionais. O relatório dos pesquisadores é apresentado na Physical Review Letters.
Estrelas de nêutrons são os objetos mais densos do Universo, com uma massa maior que o Sol, mas condensados em uma esfera relativamente pequena. Por mais de 40 anos, o dimensionamento de estrelas de nêutrons tem sido o Santo Graal da física nuclear, uma descoberta que fornecerá informações importantes sobre o comportamento fundamental das densidades nucleares.
Os dados sobre a detecção de ondas gravitacionais de uma fusão de estrelas de nêutrons (GW170817) são uma importante contribuição para resolver este enigma. No final de 2017, o professor Luciano Rezzolla, junto com seus alunos Elias Most e Lucas Weich, já os utilizava para responder a uma pergunta de longa data sobre a massa máxima que as estrelas de nêutrons podem ter antes de entrar em colapso em um buraco negro. Após o primeiro resultado importante, a mesma equipe, com a ajuda do professor Jurgen Schaffner-Belich, começou a estabelecer limites mais rígidos para o tamanho das estrelas de nêutrons.
Uma representação artística da colisão de estrelas de nêutrons que geraram ondas gravitacionais. Crédito: Carnegie Institution for Science.
O resultado final é que a equação de estado que descreve a matéria dentro das estrelas de nêutrons é desconhecida. Os físicos escolheram métodos estatísticos para determinar o tamanho das estrelas de nêutrons dentro de limites estreitos. Eles calcularam mais de dois bilhões de modelos teóricos resolvendo a equação de Einstein para eles e combinaram esse grande conjunto de dados com as restrições impostas pela detecção de ondas gravitacionais por GW170817.
Como resultado, os pesquisadores determinaram o raio de uma estrela de nêutrons típica com uma diferença de 1,5 km: ela varia de 12 a 13,5 km, que pode ser refinada por futuras detecções de ondas gravitacionais.
“No entanto, o problema poderia ter mais de uma solução”, comenta Jurgen Schaffner-Belich. É possível que em densidades ultraaltas, a substância mude drasticamente suas propriedades e se aproxime da chamada "transição de fase". Isso é semelhante ao que acontece com a água quando ela congela e passa do estado líquido ao sólido. No caso das estrelas de nêutrons, essa transição supostamente converte a matéria comum em matéria "quark", criando estrelas que terão a mesma massa de sua "gêmea", a estrela de nêutrons, mas são muito menores e, portanto, ainda mais compactas.
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Embora não haja evidências de sua existência, eles podem ser uma solução plausível, e os pesquisadores de Frankfurt levaram essa possibilidade em consideração, apesar das complicações adicionais. O esforço valeu a pena: as estrelas gêmeas eram estatisticamente improváveis. Esta é uma descoberta importante que agora permite aos cientistas potencialmente descartar a existência desses objetos muito compactos. As observações futuras das ondas gravitacionais mostrarão se as estrelas de nêutrons têm gêmeos exóticos.
