Estrela de quarks estranhos pode ter surgido em colisão cósmica

Estrela de quarks estranhos pode ter surgido em colisão cósmica

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 23 de Setembro de 2022 às 09h30
CSC - IT Center for Science

Um novo estudo sobre ondas gravitacionais detectadas em 2019 sugere que elas teriam sido causadas por “estrelas estranhas”. Não, não é um termo para descrevê-las como “esquisitas”, mas sim o nome que recebem as hipotéticas estrelas de quarks strange.

Cientistas analisaram um evento cósmico chamado GW190425, ondas gravitacionais detectadas em 2019 e ainda um tanto misteriosas — os astrônomos ainda não têm certeza do que as causou.

Alguns acham que GW190425 foi fruto de uma colisão entre duas estrelas de nêutrons, outros argumentam que a distribuição de massa das estrelas de nêutrons existentes não coincide com os objetos que formaram essa onda gravitacional específica.

Seja como for, impacto provocou uma kilonova, uma mais fraca que uma supernova, porém mais poderosa que uma nova. O resultado dessa colisão pode ser a formação de um buraco negro ou uma estrela de nêutrons mais massiva que as duas progenitoras.

De acordo com a nova pesquisa, a colisão do evento GW190425 pode ter formado uma estrela de quarks strange, ou estrela estranha. O que seria isso?

Estrelas de nêutrons

Ilustração de uma colisão entre duas estrelas de nêutrons (Imagem: Reprodução/NASA/Swift/Dana Berry)

Estrelas são boas em esmagar coisas microscópicas. Na verdade, elas passam de milhões a bilhões de anos fazendo isso — esmagando átomos de hidrogênio para fundi-los em hélio. Enquanto fazem isso, elas estão naquilo que cientistas chamam de “sequência principal”. Dependendo da massa da estrela, ela esmagará o hélio para formar carbono e assim por diante.

Algumas estrelas são massivas o suficiente para explodirem supernova e, quando o fazem, apenas o núcleo permanece, com cerca de 1,4 a 2 massas solares, porém com apenas 15 a 19 km de diâmetro. É como compactar toda a matéria de dois sóis em um objeto do tamanho de uma cidade pequena.

Os cientistas ainda não sabem muito sobre estrelas de nêutrons, mas sabem que elas são ambientes extremos devido à densidade inimaginável. Mas por que o nome “estrelas de nêutrons”? É que com a imensa pressão no seu interior, imposta pela gravidade similar à de dois sóis, quebra os átomos ainda mais do que as estrelas de sequência principal e cria uma bola de nêutrons”.

Conceito do interior de uma estrela de nêutrons; a atmosfera tem apenas 2mm de espessura e é formada por átomos de hidrogênio, hélio e carbono (Imagem: Reprodução/Paul Wootton/Sky At Night Magazine)

Átomos são formados por elétrons e um núcleo feito de prótons (com carga positiva) e nêutrons (sem carga elétrica). Quando tudo isso é esmagado na estrela de nêutrons, as partículas subatômicas se separam e cada uma se organiza de modo próprio, formando camadas e um núcleo interno e externo.

Pouco pode ser dito sobre o núcleo dessas estrelas, principalmente o núcleo interno, mas os astrônomos suspeitam que seja feito de uma sopa de quarks.

Estrelas estranhas

Quarks são partículas muito pequenas que formam os prótons e nêutrons e estão sempre unidas pela força nuclear forte. Na prática, eles nunca são vistos separados no universo — tem sido assim desde o primeiro instante após o Big Bang. Se você tentar separá-los, a força que os atrai ficará cada vez mais forte com a distância.

Acontece que a pressão intensa no núcleo de uma estrela de nêutrons poderia quebrar os nêutrons, restando apenas quarks no núcleo interno. O problema é que seria necessária uma quantidade extrema de energia, então ainda não há consenso entre os astrônomos se a pressão de estrelas de nêutrons é o suficiente. Portanto não sabemos como é o núcleo interno delas.

Tudo se resume a uma pergunta: sabemos que se esmagarmos muitos átomos juntos, eles formam uma bola de nêutrons; mas e se esmagarmos muitos nêutrons juntos? Eles formaram uma bola de quarks?

Representação da força forte, que gruda" quarks entre si para formar prótons e nêutrons (Imagem: Reprodução/Lawrence Livermore National Laboratory)

A resposta é complexa porque a física quântica não facilita muito as coisas e, neste ponto, voltamos à dificuldade imposta pela força forte atuando contra a “liberdade” dos quarks. É aí que entra a matéria estranha.

Existem seis sabores de quarks: up, down, top, button, strange e charm. Os quarks strange (ou estranhos) são pesados ​​e, quando “deixados sozinhos”, decaem nos quarks up e down, que são mais leves, mas eles também podem se ligar a quarks up e down para formar um trio hipotético conhecido como “strangelets”.

Strangelet são mais ou menos como prótons e nêutrons, já que todos eles são formados por três quarks. Porém, os strangelet ainda não apenas uma hipótese, ou seja, ninguém sabe se são uma configuração possível de quarks. Se existirem, eles podem se agrupar e formar a tal matéria estranha.

Devemos estar gratos que não existam strangelet perto de nosso planeta, porque, sendo eles a forma mais estável da matéria. Se um pedaço de matéria estranha do tamanho de um meteorito cair na Terra, ele começará a interagir com a matéria que estiver ao redor, transformando-a num strangelet maior e mais estável, até causar um grande desastre cósmico.

Quarks são "condenados" ao confinamento e teoricamente não podem ser livres; quanto mais se tenta separá-los, mais a força forte atuará para impedir, até mesmo criando novos quarks (Imagem: Reprodução/Reprodução/Ziming Liu)

Mas estrelas feitas de matéria estranha podem existir, e os autores do novo estudo acham que o evento GW190425 poderia ter produzido uma delas. A equipe calculou que a massa do objeto criado pela colisão de 2019 estava entre 3,11 e 3,54 massas solares. Isso é um pesado demais para uma estrela de nêutrons — ela teria colapsado em um buraco negro.

Contudo, essas massas estão dentro da faixa permitida pelos modelos teóricos que descrevem a estrutura das estrelas estranhas. É uma proposta intrigante que pode ser melhor avaliada, mas ainda não podemos dizer que o evento GW190425 é nossa primeira observação de uma estrela feita de matéria estranha. Evidências extraordinárias serão necessárias para essa declaração extraordinária.

Fonte: Space.com

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