Equipe obtém a melhor medida do tamanho de uma estrela de nêutrons até o momento

Uma típica estrela de neutrões com um raio de 11 km tem mais ou menos o tamanho de uma cidade média.Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

Uma equipe internacional de pesquisa liderada por cientistas do Instituto Max Planck (Alemanha) obteve as medidas mais precisas já feitas do tamanho de uma estrela de nêutrons. Os resultados mostram que uma estrela de nêutrons típica, que é cerca de 1,4 vezes mais pesada que o nosso sol, tem um raio de apenas cerca de 11 quilômetros. 

“Nossos achados limitam o raio a estar entre 10,4 e 11,9 quilômetros. Esse é um fator até duas vezes mais rigoroso que resultados anteriores”, disse Badri Krishnan, um dos autores da nova pesquisa.

Método

Para chegar a esse valor, os pesquisadores combinaram descrições gerais do comportamento da matéria de estrelas de nêutron com observações feitas de um par de estrelas de nêutrons chamado GW170817.

Estrelas de nêutrons são resquícios compactos e extremamente densos de explosões de supernova. Os físicos não sabem muito bem como essa matéria rica em nêutron e superdensa se comporta, mas já propuseram vários modelos para descrever sua natureza.

Fusões de estrelas binárias de nêutrons, como o GW170817, observado em ondas gravitacionais e todo o espectro eletromagnético em agosto de 2017, são eventos interessantes para os cientistas aprenderem mais sobre essa matéria em condições extremas, bem como a física nuclear subjacente.

A partir dessas observações, eles podem determinar propriedades físicas das estrelas de nêutrons, como seu raio e sua massa.

“É um pouco incompreensível. A GW170817 foi causada pela colisão de dois objetos do tamanho de uma cidade há 120 milhões de anos, quando dinossauros ainda andavam na Terra. Isso aconteceu em uma galáxia a um bilhão de trilhões de quilômetros de distância. A partir disso, obtivemos informações sobre sua física subatômica”, explicou outro autor do estudo, Collin Capano.

Chegando aos resultados

As descrições teóricas utilizadas pelos pesquisadores previram diversas possíveis equações de estado para estrelas de nêutrons, diretamente derivadas da física nuclear. Destas, os cientistas selecionaram as mais propensas a explicar diferentes observações astrofísicas, ou seja, equações que concordavam com as observações de ondas gravitacionais feitas pelos observatórios LIGO e Virgo do par GW170817; que produziam uma estrela de nêutrons hipermassiva como resultado da fusão; e que concordavam com as observações eletromagnéticas do par.

Isso permitiu aos cientistas derivar informação robusta sobre a física da matéria das estrelas de nêutron, ao mesmo tempo em que obtiveram medições superprecisas de seus limites de tamanho. Esses resultados são empolgantes, não apenas porque conseguimos melhorar imensamente as medições dos raios das estrelas de nêutrons, mas porque nos dá um vislumbre de seu destino na fusão de binários”, afirmou Stephanie Brown, coautora da pesquisa.

Mais descobertas

As medições também levaram a outras descobertas interessantes. Por exemplo, os novos resultados sugerem que, no caso de um evento como o GW170817, os detectores LIGO e Virgo podem distingui-lo facilmente apenas a partir de ondas gravitacionais, sejam duas estrelas de nêutrons ou dois buracos negros se fundindo.

Já no caso de binários “mistos”, de uma estrela de nêutrons se fundindo com um buraco negro, detectores de ondas gravitacionais teriam dificuldades em distingui-los de fusões de buracos negros. Aqui, observações no espectro eletromagnético são necessárias para fazer a diferenciação.

No entanto, os pesquisadores também descobriram que estrelas de nêutrons que se fundem com buracos negros são, na maioria dos casos, engolidas inteiras, a menos que o buraco negro seja pequeno e/ou gire rapidamente. Isso significa que essas fusões devem ser observáveis como ondas gravitacionais.

“Somente quando o buraco negro é muito pequeno ou gira muito rápido é capaz de destruir a estrela de nêutrons antes de engoli-la; e somente então podemos esperar ver alguma coisa além de ondas gravitacionais”, concluiu Capano.

No futuro

Na próxima década, os detectores de ondas gravitacionais devem se tornar ainda mais sensíveis, bem como devem ser lançados novos detectores. A equipe espera, assim, analisar novas observações de fusão de estrelas binárias de nêutrons para aprender mais sobre a sua física.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista científica Nature Astronomy.