A colisão dos gigantes: desvendando os mistérios das fusões de estrelas de nêutrons

São PauloDuas estrelas de nêutrons podem se unir e colidir quando estão próximas e são atraídas uma pela outra. Essas estrelas são muito densas, mas pequenas e frias. Quando se chocam, a área de contato fica extremamente quente. Novas simulações revelam detalhes interessantes sobre esse processo.

O que acontece é o seguinte:

• Neutrinos quentes são gerados.
• Esses neutrinos podem ser aprisionados pelo calor e pela densidade.
• Eles interagem fracamente com a matéria das estrelas.
• A interação ajuda a equilibrar as partículas de volta ao estado de equilíbrio.

Pedro Luis Espino, pesquisador de pós-doutorado na Penn State e UC Berkeley, liderou um estudo com uma equipe de físicos da Penn State. Suas descobertas foram publicadas na Physical Review Letters. Espino destacou que em 2017 detectamos pela primeira vez sinais de uma fusão de estrelas de nêutrons binárias, incluindo ondas gravitacionais. Essa descoberta aumentou significativamente o interesse pelo estudo dessas estrelas binárias.

David Radice, professor assistente da Penn State, explica que estrelas de nêutrons são compostas principalmente por nêutrons, são extremamente densas e podem alcançar temperaturas altíssimas quando colidem. Como os fótons não conseguem escapar para resfriá-las, elas liberam neutrinos em vez disso.

Aqui estão alguns pontos essenciais da pesquisa:

• Neutrinos são formados quando neutrons nas estrelas colidem e se desintegram em prótons, elétrons e neutrinos.
• Por 2 a 3 milissegundos, os neutrinos podem ficar presos devido ao calor e densidade da fusão.
• Essa fase é curta, mas essencial para compreender a física da fusão.
• Neutrinos interagindo podem influenciar os tipos de sinais observados na Terra.

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A pesquisa utilizou computadores potentes para estudar a fusão de duas estrelas de nêutrons e a física envolvida. Os cientistas descobriram que, embora breves, os neutrinos podem ficar aprisionados devido ao calor e à densidade resultantes da fusão, interagindo com a matéria das estrelas.

Radice afirmou que estudar esses eventos nos ajuda a descobrir novas leis da física. A fase em que o sistema está desequilibrado dura apenas de 2 a 3 milissegundos, mas fenômenos físicos importantes ocorrem nesse breve intervalo. Quando o sistema volta a se equilibrar, nossa compreensão sobre a física se aprofunda.

Espino mencionou que a forma como os neutrinos interagem com a matéria das estrelas pode influenciar as vibrações nos remanescentes das fusões. Essas vibrações podem afetar os sinais de luz e ondas gravitacionais que detectamos na Terra. Detectores futuros poderão ser projetados para buscar essas variações nos sinais.

A equipe de pesquisa contou com os pós-doutorandos Peter Hammond e Rossella Gamba na Penn State; Sebastiano Bernuzzi, Francesco Zappa e Luís Felipe Longo Micchi na Universidade Friedrich-Schiller em Jena, Alemanha; e Albino Perego na Universidade de Trento, Itália. O estudo foi financiado pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA, Departamento de Energia dos EUA, Deutsche Forschungsgemeinschaft e União Europeia.

As simulações foram realizadas nos supercomputadores Bridges2, Expanse, Frontera e Perlmutter. Também foram utilizados os recursos do National Energy Research Scientific Computing Center. Os autores agradeceram ao Gauss Centre for Supercomputing pelo financiamento e pela disponibilização de tempo no SuperMUC-NG, localizado no Leibniz Supercomputing Centre.