Qual é o tamanho de uma estrela de nêutrons? Essas estrelas extremas e ultra densas são relativamente pequenas, no que diz respeito a objetos estelares. Durante anos, os astrônomos fixaram estrelas de nêutrons em algo entre 19-27 km (12 a 17 milhas) de diâmetro. Isso é bastante preciso, dadas as distâncias e características das estrelas de nêutrons. Mas os astrônomos têm trabalhado para reduzir isso a um nível Mais medição precisa.
Uma equipe internacional de pesquisadores já fez exatamente isso. Usando dados de vários telescópios e observatórios diferentes, os membros do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, o Albert Einstein Institute (AEI) reduziram as estimativas de tamanho para estrelas de nêutrons por um fator de dois.
"Descobrimos que a estrela típica de nêutrons, que é cerca de 1,4 vezes mais pesada que o nosso Sol, tem um raio de 11 quilômetros", disse Badri Krishnan, que liderou a equipe de pesquisa da AEI Hannover. "Nossos resultados limitam o raio provavelmente entre 10,4 e 11,9 quilômetros".
Isso traduz entre 20,8 - 23,8 km (13-14,8 milhas) de diâmetro.
O objeto do estudo desta equipe é bastante famoso: a fusão binária de estrelas de nêutrons GW170817, que criou as ondas gravitacionais detectadas em 2017 pelo LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser) e pelo consórcio Virgo. Este objeto foi estudado várias vezes por vários telescópios, incluindo o satélite Fermi, o Telescópio Espacial Hubble e outros telescópios e observatórios ao redor do mundo. Todas essas observações deram à equipe do Max Planck uma grande quantidade de dados para trabalhar.
"As fusões binárias de estrelas de nêutrons são uma mina de ouro de informações!" disse Collin Capano, pesquisador da AEI Hannover e principal autor de um artigo publicado na Nature Astronomy. “Estrelas de nêutrons contêm a matéria mais densa do universo observável. ... Medindo as propriedades desses objetos, aprendemos sobre a física fundamental que governa a matéria no nível subatômico ".
Estrelas de nêutrons são formadas quando uma estrela massiva fica sem combustível e entra em colapso. A região central da estrela - o núcleo - entra em colapso, esmagando todos os prótons e elétrons em um nêutron. Se o núcleo da estrela em colapso estiver entre cerca de 1 e 3 massas solares, esses nêutrons recém-criados podem parar o colapso, deixando para trás uma estrela de nêutrons.
Estrelas com massas ainda mais altas continuarão colapsando em buracos negros de massa estelar.
Mas o colapso em uma estrela de nêutrons cria o objeto mais denso conhecido - novamente, um objeto com a massa de um sol esmagada até o tamanho de uma cidade. E você provavelmente já ouviu essa outra comparação antes, mas vale a pena repetir por que é dramático: um cubo de açúcar de material estelar de nêutrons pesaria cerca de 1 trilhão de quilogramas (ou 1 bilhão de toneladas) na Terra - quase tanto quanto o Monte Everest.
A equipe de pesquisa usou um modelo baseado no entendimento fundamental de como as partículas subatômicas interagem nas altas densidades encontradas nas estrelas de nêutrons.
Mas como o tamanho de outras estrelas pode variar muito, o tamanho das estrelas de nêutrons também não pode variar?
Primeiro, para esclarecer, o raio citado neste estudo é para uma estrela de nêutrons que tem uma massa 1,4 vezes a do nosso Sol.
"Esta é uma massa fiducial que é normalmente usada na literatura, porque quase todas as estrelas de nêutrons observadas em um binário têm uma massa próxima a esse valor", disse Capano à Space Magazine em um email. "A razão pela qual podemos usar o GW170817 para estimar o raio de 1,4 estrela de nêutrons de massa solar é que esperamos que quase todas as estrelas sejam feitas do mesmo material".
Para outras estrelas "regulares", a relação entre massa e raio depende de várias variáveis, como o elemento que a estrela está fundindo em seu núcleo, explicou Capano.
"As estrelas de nêutrons, por outro lado, são tão compactas e densas que não existem átomos realmente separados - a estrela inteira é basicamente um único núcleo atômico gigante, consistindo quase inteiramente de nêutrons juntos", disse ele. “Por esse motivo, você não pode pensar nas estrelas de nêutrons como sendo compostas por elementos possivelmente diferentes. De fato, 'elemento' não tem realmente nenhum significado nessas densidades, pois o que define um elemento é o número de prótons que ele tem em seus átomos constituintes. ”
Capano disse que, como todos os nêutrons são feitos das mesmas coisas (quarks, mantidos juntos por glúons), os astrônomos esperam que haja um mapeamento universal entre a massa e o raio que se aplica a todas as estrelas de nêutrons.
"Então, quando citamos o tamanho possível de uma estrela de 1,4 massa de nêutrons solares, o que realmente estamos fazendo é restringir as possíveis leis físicas que descrevem o mundo subatômico", disse ele.
Como a equipe descreve em seu trabalho, seus resultados e processos também podem ser aplicados ao estudo de outros objetos astronômicos, como pulsares, magnetares e até a maneira como as ondas gravitacionais são emitidas para fornecer detalhes sobre o que está criando essas ondas.
"Esses resultados são empolgantes, não apenas porque conseguimos melhorar imensamente as medições dos raios das estrelas de nêutrons, mas porque nos dá uma janela para o destino final das estrelas de nêutrons na fusão de binários", disse Stephanie Brown, co-autora da publicação. e um aluno de doutorado na AEI Hannover.
Mais:
Artigo: Restrições rigorosas nos raios estrela de nêutrons a partir de observações multimessenger e teoria nuclear
Comunicado de imprensa do Instituto Max Planck
