O universo pode conter objetos cósmicos hipotéticos extremamente densos e exóticos, conhecidos como estranhas estrelas de quark. Enquanto os astrofísicos continuam a debater a existência de estrelas de quark , uma equipe de físicos descobriu que o remanescente de uma fusão de estrelas de nêutrons observada em 2019 tem a massa certa para ser uma dessas estranhas estrelas de quark.
Quando as estrelas morrem , seus núcleos se comprimem em graus tão incríveis que se tornam tipos inteiramente novos de objetos. Por exemplo, quando o sol finalmente se apagar , deixará para trás uma anã branca , uma bola do tamanho de um planeta com átomos de carbono e oxigênio altamente comprimidos. Quando estrelas ainda maiores explodem em explosões cataclísmicas chamadas supernovas , elas deixam para trás estrelas de nêutrons. Esses objetos incrivelmente densos têm apenas alguns quilômetros de diâmetro, mas podem pesar algumas vezes a massa do sol. Como o próprio nome sugere, eles são feitos quase inteiramente de nêutrons puros, tornando-os núcleos atômicos essencialmente com quilômetros de largura.
As estrelas de nêutrons são tão exóticas que os físicos ainda não as entendem completamente. Embora possamos observar como as estrelas de nêutrons interagem com seus arredores e fazer algumas boas suposições sobre o que está acontecendo com toda essa matéria de nêutrons perto da superfície, a composição de seus núcleos permanece indefinida.
O problema é que os nêutrons não são partículas totalmente fundamentais. Embora eles se juntem aos prótons para formar núcleos atômicos, os próprios nêutrons são feitos de partículas ainda menores chamadas quarks.
Existem seis tipos, ou “sabores”, de quarks: up, down, top, bottom, strange e charm. Um nêutron é composto de dois quarks down e um quark up. Se você espremer muitos átomos juntos, eles se transformam em uma bola gigante de nêutrons. Então, se você espremer muitos nêutrons juntos, eles se transformam em uma bola gigante de quarks?
As respostas variam de “talvez” a “é complicado”. O problema é que os quarks realmente não gostam de ficar sozinhos. A força nuclear forte , que liga os quarks em um núcleo, na verdade cresce com a distância. Se você tentar juntar dois quarks, a força que os puxa de volta aumenta. Eventualmente, a energia de atração entre eles torna-se tão grande que novas partículas aparecem no vácuo, incluindo novos quarks que ficam mais do que felizes em se ligar aos separados.
Se você moldasse um objeto macroscópico a partir dos quarks up ou down que compõem um nêutron, esse objeto explodiria muito rápida e violentamente.
Mas pode haver um caminho usando quarks estranhos. Sozinhos, os quarks estranhos são bastante pesados e, quando deixados sozinhos, decaem rapidamente nos quarks up e down mais leves. Quando um grande número de quarks se agrupa, no entanto, a física pode mudar. Os físicos descobriram que os quarks estranhos podem se ligar aos quarks up e down para formar trigêmeos, conhecidos como “strangelets”, que podem ser estáveis – mas apenas sob pressões extremas. Como as pressões um degrau acima de uma estrela de nêutrons.
Se você comprimir demais uma estrela de nêutrons, todos os nêutrons perdem sua capacidade de sustentar a estrela e a coisa toda implode para formar um buraco negro . Mas pode haver um passo espremido entre lá, onde as pressões são altas o suficiente para dissolver os nêutrons e formar uma estranha estrela de quarks, mas não intensa o suficiente para que a gravidade assuma o controle total.
Os astrônomos não esperam encontrar muitas estrelas estranhas no universo; esses objetos devem ser mais pesados que as estrelas de nêutrons, mas mais leves que os buracos negros, e não há muito espaço de manobra aí. E como não entendemos totalmente a física dos strangelets, nem sabemos as massas precisas onde as estrelas estranhas podem existir.
Mas, recentemente, uma equipe de astrônomos analisou o GW190425, um evento de onda gravitacional desencadeado pela fusão de duas estrelas de nêutrons observadas em 2019. Juntamente com enormes quantidades de ondas gravitacionais, a fusão de estrelas de nêutrons produz uma kilonova, uma explosão mais poderosa do que uma normal nova, mas mais fraca que uma supernova. Embora os astrônomos não tenham conseguido capturar um sinal eletromagnético desse evento, eles viram um sinal semelhante em 2017 que produziu ondas gravitacionais e radiação.
Quando duas estrelas de nêutrons se fundem, existem algumas opções disponíveis dependendo de suas massas, seus spins e o ângulo da colisão. De acordo com cálculos teóricos, as estrelas de nêutrons poderiam obliterar umas às outras, formar um buraco negro ou criar uma estrela de nêutrons um pouco mais massiva.
E de acordo com a nova pesquisa, que foi recentemente publicada no banco de dados de pré-impressão arXiv , essas colisões cósmicas podem criar uma estranha estrela de quarks.
A equipe calculou que a massa do objeto deixado pela fusão de 2019 estava entre 3.11 e 3.54 massas solares . Com base em nossa melhor compreensão da estrutura das estrelas de nêutrons, isso é um pouco pesado demais e deveria ter colapsado em um buraco negro. Mas também se enquadra na faixa de massa permitida pelos modelos das estruturas dessas estranhas estrelas.
Ainda é muito cedo para dizer se o evento GW190425 é a nossa primeira observação de uma rara e estranha estrela quark, mas observações futuras (e mais trabalhos teóricos) podem ajudar os astrônomos a localizar uma dessas criaturas exóticas.
Fonte:
https://www.space.com/strange-quark-stars-from-neutron-star-mergers
