O mistério da composição das estrelas de nêutrons ajudará a resolver os detectores de ondas gravitacionais

De acordo com uma hipótese, todo um espectro de quarks de diferentes níveis se espalha dentro de estrelas de nêutrons. Essas partículas subatômicas, nas quais os nêutrons decaem dentro das estrelas de nêutrons, fornecem a maior densidade de matéria do Universo, que não pode ser alcançada em condições terrestres. O que realmente acontece nas estrelas de nêutrons não é conhecido com certeza, mas os cientistas esperam descobrir com a ajuda de novas ferramentas.

Fonte da imagem: NASA/Goddard Space Flight Center

Tal instrumento para observar estrelas de nêutrons deve ser detectores de ondas gravitacionais do tipo LIGO, que há alguns anos, pela primeira vez na história da ciência terrestre, descobriram a presença de tais ondas no Universo. Em 14 de setembro de 2015, o instrumento registrou a fusão de dois buracos negros com massas de 29 e 36 sóis, que ocorreu há 1,3 bilhão de anos. Estrelas de nêutrons em sistemas binários também criam poderosas ondas gravitacionais no momento da fusão, mas esses eventos (ou a maioria deles) ainda estão além da sensibilidade dos detectores atuais.

Enquanto isso, a fusão de estrelas de nêutrons e as consequências da colisão geram certas emissões de energia (inclusive na forma de ondas gravitacionais), fixando as quais você pode aprender sobre a massa dos objetos e seus raios. Hoje assumimos apenas aproximadamente que as estrelas de nêutrons, que devido à sua natureza são quase invisíveis aos telescópios terrestres, têm um raio de 10 a 20 km com uma massa de até 2 massas solares (abaixo está uma animação dos processos durante a fusão de duas estrelas de nêutrons).

Ao analisar as ondas gravitacionais, podemos determinar com bastante precisão o raio e as massas de estrelas de nêutrons fundidas em sistemas binários, o que nos dará uma compreensão da composição interna desses objetos. Em um estudo recente, cientistas da Universidade de Princeton mostraram como interpretar corretamente esses dados e quais coeficientes devem ser usados ​​em cálculos matemáticos, dependendo da massa das estrelas de nêutrons em colisão. De fato, eles apresentaram um aparato matemático, no qual basta inserir os dados de medição. Resta apenas receber esses dados.

A propósito, o observatório LIGO recebeu uma atualização e aumentará significativamente sua sensibilidade. Um novo ciclo de observações será lançado em 2024. Novas descobertas estão ao virar da esquina.