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jan 15

Qual a massa máxima que as estrelas de nêutrons podem alcançar?

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Emissão de uma onda gravitacional a partir de uma estrela em colapso. Crédito: Universidade Goethe de Frankfurt

Desde sua descoberta nos anos de 1960, que os cientistas procuram responder a uma questão importante: qual massa máxima que as estrelas de nêutrons podem atingir? Contrastando com os buracos negros, estas estrelas não podem ganhar massa arbitrariamente, uma vez que após um certo limite, não há força física na natureza que possa contrariar a sua enorme força gravitacional. Pela primeira vez, astrofísicos da Universidade Goethe de Frankfurt conseguiram calcular um limite superior rigoroso para a massa máxima das estrelas de nêutrons.

Com um raio de aproximadamente doze quilômetros e uma massa que pode ser o dobro da do Sol, as estrelas de nêutrons estão entre os objetos mais densos do Universo, produzindo campos gravitacionais comparáveis aos dos buracos negros. Apesar da maioria das estrelas de nêutrons ter uma massa que de cerca de 1,4 vezes a massa solar, também conhecemos exemplos massivos, como o pulsar PSR J0348+0432 com 2,01 vezes a massa do Sol.

A densidade destas estrelas é absurda, por exemplo, para comparação, seria como se pegássemos as montanhas do Himalaia e as comprimíssemos no espaço de uma caneca de cerveja. Contudo, há indícios que uma estrela de nêutrons com uma massa máxima colapsaria para um buraco negro, se fosse adicionado um único nêutron.

Conjuntamente com seus alunos Elias Most e Lukas Weih, o professor Luciano Rezzolla, físico do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt e professor de Astrofísica Teórica da Universidade Goethe de Frankfurt, resolveu o problema que permanecia sem resposta há 40 anos: com uma precisão de apenas alguns pontos percentuais, a massa máxima das estrelas de nêutrons não-giratórias tem que ser inferior a 2,16 massas solares.

A base deste resultado foi a abordagem de “relações universais” desenvolvida em Frankfurt há alguns anos. A existência de “relações universais” implica que praticamente todas as estrelas de nêutrons seriam “similares entre si”, o que significa que as suas propriedades podem ser expressas em termos de quantidades adimensionais. Os pesquisadores combinaram estas “relações universais” com dados de sinais de ondas gravitacionais e a subsequente radiação eletromagnética (quilonova) obtida durante a observação, no ano passado, da fusão de duas estrelas de nêutrons através do LIGO. Isto simplifica enormemente os cálculos porque os torna independentes da equação do estado. Esta equação é um modelo teórico para descrever a matéria densa dentro de uma estrela que fornece informações sobre a sua composição a várias profundidades. Esta “relação universal”, portanto, desempenhou um papel essencial na definição da massa máxima desses objetos extremos.

Esse resultado é um bom exemplo da interação entre a pesquisa teórica e a experimental.

Professor Rezzola explicou:

A beleza da pesquisa teórica é que ela permite fazermos previsões. As teorias, contudo, necessitam desesperadamente das experiências para reduzir algumas das suas incertezas. Portanto, é realmente notável que a observação da fusão de um único par de estrelas de nêutrons, ocorrida a milhões de anos-luz de distância, combinada com as `relações universais` descobertas através do nosso trabalho teórico, tenha permitido resolver um enigma que no passado foi alvo tantas especulações.

Os resultados da investigação foram publicados na revista The Astrophysical Journal Letters. Dias depois, grupos dos EUA e do Japão confirmaram os achados, apesar de terem seguido abordagens diferentes e independentes.

Esperamos que a astronomia de ondas gravitacionais observe mais eventos deste gênero no futuro próximo, tanto em termos de sinais de ondas gravitacionais como nas mais tradicionais faixas de frequências. Isto reduzirá ainda mais as incertezas da massa máxima e levará a uma melhor compreensão da matéria em condições extremas. Isto será simulado em aceleradores de partículas modernos, tais como o CERN na Suíça ou nas instalações FAIR na Alemanha.

Esse trabalho foi descrito no artigo científico assinado por Luciano Rezzolla, Elias R. Most e Lukas R. Weih, intitulado “Using Gravitational-wave Observations and Quasi-universal Relations to Constrain the Maximum Mass of Neutron Stars”, publicado em The Astrophysical Journal Letters, Volume 852, Number 2, DOI: 10.3847/2041-8213/aaa401

Fonte

Universidade de Goethe: How massive can neutron stars be?

._._.

 

1711.00314 -Using gravitational-wave observations and quasi-universal relations to constrain the maximum mass of neutron stars

2 comentários

  1. Luis Raphael Amazonas Ferreira

    Conteúdo excelente e informativo!!!

    1. Elmara Amarante

      Valeu!

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