Cientistas observaram o interior de estrelas de nêutrons pela primeira vez, fazendo um avanço em sua simulação em supercomputadores

Existem processos físicos extremos acontecendo dentro das estrelas de nêutrons que provavelmente nunca serão estudados diretamente. Além disso, esses objetos são tão compactos que são invisíveis aos telescópios. Tudo o que a ciência possui são dados indiretos sobre estrelas de nêutrons e a capacidade de simular aproximadamente suas propriedades em computadores. No entanto, com algum esforço, a precisão de tais modelos pode ser aumentada ao mais alto nível.

Uma imagem combinada da Nebulosa do Caranguejo com uma estrela de nêutrons em luz visível, infravermelha e de raios X. Fonte da imagem: NASA

A estrela de nêutrons mais próxima fica a cerca de 400 anos-luz da Terra. Não temos, e durante milhares de anos não teremos, a tecnologia para enviar para lá uma estação de pesquisa. A esta distância, nenhum telescópio será capaz de ver uma estrela de nêutrons com diâmetro de apenas 20 km. Além disso, em condições terrestres é impossível reproduzir os parâmetros físicos dentro de uma estrela de nêutrons, onde a densidade da matéria é várias vezes maior que a densidade dos núcleos atômicos.

Um avanço na modelagem de estrelas de nêutrons provavelmente se tornará possível com o advento de poderosos simuladores quânticos. No entanto, hoje temos supercomputadores e desenvolvemos matemática quântica, o que pode ser suficiente para uma análise aprofundada da física das estrelas de nêutrons. Pelo menos isso foi afirmado recentemente por cientistas da Universidade do Colorado em Boulder e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

As propriedades internas de uma estrela de nêutrons, como pressão e densidade, são determinadas pelas equações da cromodinâmica quântica (QCD), que descrevem as fortes interações entre prótons, nêutrons e seus quarks constituintes. No entanto, estas equações não podem ser resolvidas para toda a estrela de nêutrons. Ao simplificar uma série de variáveis, os cientistas podem resolver equações para a camada exterior da estrela e o seu núcleo, mas a camada intermédia até agora foi descrita apenas por aproximação. Não houve solução direta.

Para contornar essa limitação, os pesquisadores usaram uma abordagem diferente: a cromodinâmica quântica em rede. Mas mesmo aqui havia um truque. Lattice QCD também não permite resolver diretamente equações para todo o volume de uma estrela de nêutrons. As equações tornam-se solucionáveis ​​se levarmos em conta a isospin, uma característica que distingue prótons de nêutrons pelo sinal de seus estados de carga.

Usando o modelo proposto para descrever estrelas de nêutrons, os cientistas estabeleceram limites para o tamanho desses objetos e obtiveram novas restrições estritas às propriedades de seu interior. Uma das conclusões deste trabalho foi a suposição de que as massas das estrelas de nêutrons poderiam exceder duas massas solares, o que anteriormente era considerado o limite teórico para tais objetos. Cálculos de supercomputadores forneceram muitos dados interessantes. No entanto, sem o próximo passo – confirmar as propriedades calculadas das estrelas de neutrões utilizando observações astrofísicas – estes resultados continuam a ser uma hipótese promissora e uma ferramenta para encontrar novas formas de as estudar. E isso já não é uma conquista pequena.