sexta-feira, 4 de maio de 2018

Estrelas de nêutrons lançam neutrinos para resfriarem rapidamente

Para algumas estrelas de nêutrons, a maneira mais rápida de refrescar-se não é com uma bebida gelada, mas com partículas subatômicas leves chamadas neutrinos.

ilustração de uma estrela de nêutrons resfriando

© NASA/Dana Berry (ilustração de uma estrela de nêutrons resfriando)

Os cientistas identificaram a primeira evidência sólida de que algumas estrelas de nêutrons, as remanescentes colapsadas ​​de estrelas explodidas, podem resfriar rapidamente seus núcleos emitindo neutrinos. O resultado aumenta a evidência de que os cientistas estão se reunindo informações para entender a matéria ultradensa que está espremida no centro de uma estrela de nêutrons.

A nova evidência vem de uma estrela de nêutrons que repetidamente engoliu material de uma estrela vizinha, consistindo o sistema transiente MXB 1659-29. A estrela de nêutrons no sistema transiente MXB 1659-29 tem um núcleo com luminosidade de neutrino que excede substancialmente o das reações Urca modificadas (isto é, n+n→n+p+e-e inverso) e é consistente com o processo Urca direto (isto é, n→p+e-e e inverso).

A estrela de nêutrons rapidamente resfriou após absorver material. Os raios X emitidos pela estrela de nêutrons mostraram que a taxa de recarga rápida foi consistente com um efeito chamado de processo Urca direto, no qual os neutrinos rapidamente transportam energia para longe de uma estrela colapsada. O processo Urca, batizado pelos físicos George Gamow e Mário Schenberg na década de 1940, recebeu seu apelido do agora extinto cassino da Urca, no Rio de Janeiro. Relata-se que Gamow teria dito a Schenberg que "a energia desaparece no núcleo de uma supernova tão rapidamente quanto o dinheiro desaparecia na mesa da roleta."

As estrelas de nêutrons são conhecidas por emitirem neutrinos por um processo similar que resfria a estrela lentamente. Mas anteriormente, não havia evidências claras de resfriamento mais rápido. A equipe analisou as observações da estrela de nêutrons, localizada a cerca de 35.000 anos-luz da Terra, enquanto ela esfriava durante um interlúdio de 15 anos entre as sessões de abatecimento. Os neutrinos carregam energia cerca de 10 vezes mais rápido do que a energia irradiada pela luz do Sol, ou cerca de 100 milhões de vezes mais rápido do que o processo lento.

Embora algumas outras estrelas de nêutrons tenham mostrado indícios de tal resfriamento rápido, este é basicamente o primeiro objeto pelo qual foi observado a estrela esfriando ativamente.

No processo, os nêutrons no núcleo da estrela convertem-se em prótons e emitem elétrons e antineutrinos. Da mesma forma, os prótons se convertem em nêutrons e emitem antielétrons e neutrinos. Como neutrinos e antineutrinos interagem muito raramente com matéria, eles podem escapar do núcleo, levando energia com eles.

A observação pode ajudar os cientistas a entender o que se passa no fundo das estrelas de nêutrons, cujos núcleos são compactados em densidades muito além daquelas alcançáveis ​​em laboratórios. Embora a teoria mais simples sustente que os núcleos estão abarrotados com nêutrons e um número menor de prótons e elétrons, os cientistas também propuseram que as estrelas colapsadas podem consistir de estados estranhos da matéria, contendo partículas raras chamadas de hiperons ou um mar de quarks flutuantes, as partículas que compõem os prótons e nêutrons.

O processo Urca direto só pode acontecer se a fração de prótons no centro da estrela de nêutrons for maior que 10%. Tais observações poderiam eliminar teorias que prevejam números menores de prótons.

No entanto, os cientistas não foram capazes de determinar a massa da estrela de nêutrons, limitando as conclusões que podem ser tiradas. Mas, se a massa de uma estrela de nêutrons tão rapidamente resfriada é medida, a composição interna da estrela de nêutrons pode ser fixada.

Fonte: Physical Review Letters

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