Os cientistas obtiveram sua melhor medida até agora do tamanho e do conteúdo de uma estrela de nêutrons, um objeto ultra-denso que contém a matéria mais estranha e rara do Universo.
Essa medição pode levar a uma melhor compreensão dos componentes básicos da natureza - prótons, nêutrons e seus quarks constituintes - à medida que são comprimidos dentro da estrela de nêutrons a uma densidade trilhões de vezes maior do que na Terra.
O Dr. Tod Strohmayer, do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, e seu colega Adam Villarreal, um estudante de pós-graduação da Universidade do Arizona, apresentam esses resultados hoje durante uma conferência de imprensa baseada na Web em Nova Orleans na reunião de a Divisão de Astrofísica de Alta Energia da Sociedade Astronômica Americana.
Eles disseram que sua melhor estimativa do raio de uma estrela de nêutrons é de 11,5 quilômetros, mais ou menos um passeio pelo bairro francês. A massa parece ser 1,75 vezes a do Sol, mais massiva do que algumas teorias prevêem. Eles fizeram suas medições com o Rossi X-ray Timing Explorer da NASA e arquivaram dados de raios-X
A tão procurada relação massa-raio define a relação interna de densidade e pressão da estrela de nêutrons, a chamada equação de estado. E isso, por sua vez, determina que tipo de matéria pode existir dentro de uma estrela de nêutrons. O conteúdo oferece um teste crucial para teorias que descrevem a natureza fundamental da matéria e energia e a força das interações nucleares.
"Gostaríamos muito de colocar as mãos nas coisas no centro de uma estrela de nêutrons", disse Strohmayer. "Mas como não podemos fazer isso, essa é a próxima melhor coisa. Uma estrela de nêutrons é um laboratório cósmico e oferece a única oportunidade de ver os efeitos da matéria compactados em tal grau. ”
Uma estrela de nêutrons é o que resta de uma estrela maior que o Sol. O interior contém matéria sob forças que talvez existissem no momento do Big Bang, mas que não podem ser duplicadas na Terra. A estrela de nêutrons no anúncio de hoje faz parte de um sistema binário de estrelas chamado EXO 0748-676, localizado na constelação Volans, ou Flying Fish, a cerca de 30.000 anos-luz de distância, visível nos céus do sul com um grande telescópio no quintal.
Nesse sistema, o gás de uma estrela companheira "normal" mergulha na estrela de nêutrons, atraída pela gravidade. Isso desencadeia explosões termonucleares na superfície da estrela de nêutrons que iluminam a região. Tais explosões frequentemente revelam a taxa de rotação da estrela de nêutrons através de uma oscilação na luz de raios-X emitida, chamada oscilação de explosão. (Consulte os Itens 1 - 6 para o conceito de um artista desse processo. Um filme e uma legenda detalhada podem ser encontrados na coluna azul à direita.)
Os cientistas detectaram uma frequência de oscilação de 45 hertz, que corresponde a uma taxa de rotação da estrela de nêutrons de 45 vezes por segundo. Este é um ritmo lento para as estrelas de nêutrons, que geralmente são vistas girando mais de 300 vezes por segundo.
Os cientistas capitalizaram em seguida as observações do EXO 0748-676 com o satélite XMM-Newton da Agência Espacial Européia de 2002, liderado pelo Dr. Jean Cottam da NASA Goddard. A equipe de Cottam detectou linhas espectrais emitidas por gás quente, semelhante à aparência das linhas de um cardiograma. Essas linhas tinham duas características. Primeiro, eles foram deslocados com Doppler. Isso significa que a energia detectada era uma média da luz girando em torno da estrela de nêutrons, afastando-se de nós e depois em nossa direção. Segundo, as linhas foram gravitacionalmente deslocadas para o vermelho. Isso significa que a gravidade atraiu a luz enquanto tentava escapar da região, roubando um pouco de sua energia.
Strohmayer e Villarreal determinaram que a frequência de 45 hertz e as larguras de linha observadas no deslocamento Doppler são consistentes com um raio estelar de nêutrons entre 9,5 e 15 quilômetros, com a melhor estimativa de 11,5 quilômetros. A relação entre a frequência de explosão, deslocamento Doppler e raio é que a velocidade do gás que gira em torno da superfície da estrela depende do raio da estrela e de sua taxa de rotação. Em essência, uma rotação mais rápida corresponde a uma linha espectral mais ampla (uma técnica semelhante à maneira como um policial estadual pode detectar carros em alta velocidade).
A medição do desvio para o vermelho gravitacional da equipe da Cottam ofereceu a primeira medida de uma relação massa-raio, embora sem o conhecimento de uma massa e raio. Isso ocorre porque o grau de desvio para o vermelho (força da gravidade) depende da massa e do raio da estrela de nêutrons. Alguns cientistas questionaram essa medida, pois as linhas espectrais detectadas pareciam muito estreitas. Os novos resultados reforçam a interpretação gravitacional do desvio para o vermelho das linhas espectrais da equipe Cottam (e, portanto, a razão do raio de massa), porque uma estrela que gira mais lentamente pode facilmente produzir essas linhas relativamente estreitas.
Portanto, cada vez mais confiantes na relação massa-raio e agora conhecendo o raio, os cientistas puderam calcular a massa da estrela de nêutrons. O valor ficou entre 1,5 e 2,3 massas solares, com a melhor estimativa em 1,75 massas solares.
O resultado apóia a teoria de que a matéria na estrela de nêutrons do EXO 0748-676 é tão compacta que quase todos os prótons e elétrons são espremidos em nêutrons, que giram como um superfluido, um líquido que flui sem atrito. No entanto, o assunto não está tão empolgado que os quarks são libertados, a chamada estrela do quark.
"Nossos resultados estão realmente começando a pressionar a equação de estado em estrela de nêutrons", disse Villareal. “Parece que as equações de estado que prevêem estrelas muito grandes ou muito pequenas são quase excluídas. Talvez o mais emocionante seja que agora temos uma técnica observacional que deve nos permitir medir as relações de raio de massa em outras estrelas de nêutrons. ”
Uma missão proposta da NASA chamada Observatory X-ray Observatory teria a capacidade de fazer essas medições, mas com muito maior precisão, para vários sistemas estelares de nêutrons.
Fonte original: Comunicado de imprensa da NASA
