Quão massivas podem ser as estrelas de nêutrons?

Emissão de ondas gravitacionais de uma estrela em colapso, via Universidade Goethe.

Em 2016, quando os detectores gêmeos do LIGO fizeram sua primeira observação histórica das ondas gravitacionais, os astrônomos anunciaram as notícias como uma confirmação da relatividade geral de Einstein e também porque, como gostam de dizer, a detecção:

… Abriu uma nova janela no cosmos.

E, de fato, essa janela começou a rachar. Em 16 de janeiro de 2018, os astrofísicos da Universidade Goethe, em Frankfurt, na Alemanha, descreveram como usavam observações de ondas gravitacionais para responder a uma pergunta que atormentava os cientistas desde os anos 1960, quando descobriram estrelas de nêutrons ou estrelas compostas predominantemente por nêutrons compactados. Por definição, uma estrela de nêutrons tem um raio muito pequeno ( aproximadamente o diâmetro de uma cidade terrestre) e densidade muito alta (uma colher de chá de material de estrela de nêutrons pesaria cerca de 10 milhões de toneladas). Uma massa estelar típica de nêutrons é de cerca de 1, 4 sóis.

Percebe todos os abouts nas duas últimas frases? Agora, pela primeira vez, os astrofísicos estão dizendo que conseguiram colocar mais precisão nesses números, calculando um limite superior estrito para a massa máxima de estrelas de nêutrons. Eles dizem que, com uma precisão de alguns por cento, a massa máxima de estrelas de nêutrons não rotativas não pode exceder 2, 16 massas solares.

Os resultados da pesquisa foram publicados no Astrophysical Journal Letters, revisado por pares e, de acordo com esses cientistas:

Poucos dias depois, grupos de pesquisa dos EUA e do Japão confirmaram as descobertas, apesar de até agora terem seguido abordagens diferentes e independentes.

O que acontece com uma estrela de nêutrons que excede seu limite de massa? Nesse caso, a estrela de nêutrons entra em colapso em um objeto ainda mais comprimido e muito mais exótico conhecido como buraco negro.

O físico Luciano Rezzolla da Universidade Goethe de Frankfurt e seus alunos Elias Most e Lukas Weih conduziram o estudo. A declaração deles explicava:

A base para esse resultado foi a abordagem de "relações universais" [descrita aqui] desenvolvida em Frankfurt alguns anos atrás. A existência de "relações universais" implica que praticamente todas as estrelas de nêutrons "se parecem", significando que suas propriedades podem ser expressas em termos de quantidades sem dimensão. Os pesquisadores combinaram essas "relações universais" com dados sobre sinais de ondas gravitacionais e a subsequente radiação eletromagnética (kilonova) obtida durante a observação no ano passado de duas estrelas de nêutrons em fusão no âmbito do experimento LIGO.

Em um futuro próximo, esses cientistas esperam mais observações via astronomia de ondas gravitacionais, o que reduzirá ainda mais as incertezas sobre a massa máxima das estrelas de nêutrons. Enquanto isso, eles disseram, o resultado é um bom exemplo da interação entre a pesquisa teórica e a experimental. Rezzolla comentou:

A beleza da pesquisa teórica é que ela pode fazer previsões. A teoria, no entanto, precisa desesperadamente de experimentos para diminuir algumas de suas incertezas. Portanto, é notável que a observação de uma única fusão binária de estrelas de nêutrons que ocorreu a milhões de anos-luz de distância - combinada com as relações universais descobertas através de nosso trabalho teórico - nos permitiu resolver um enigma que viu tanta especulação no passado .

Resumindo: resolvendo um longo debate, os astrofísicos da Universidade Goethe de Frankfurt agora dizem que as estrelas de nêutrons não podem exceder a massa de 2, 16 sóis. Adicione mais massa e uma estrela de nêutrons se torna um buraco negro.

Fonte: Usando observações de ondas gravitacionais e relações quase universais para restringir a massa máxima de estrelas de nêutrons

Via Universidade Goethe