Uma equipa de investigadores estabeleceu recentemente uma relação fundamental sobre a compacidade máxima que estes objetos celestes podem atingir. Ao analisar dezenas de milhares de equações de estado diferentes, que descrevem as condições de pressão e densidade no interior das estrelas de neutrões, os cientistas descobriram um limite inesperado. Esta descoberta abre caminho para testes experimentais que permitem verificar as propriedades da matéria nuclear em condições extremas, impossíveis de reproduzir em laboratório na Terra.
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A maior dificuldade no estudo das estrelas de neutrões reside na impossibilidade de medir diretamente o seu raio com precisão. Embora a sua massa possa ser determinada com grande exatidão, o seu pequeno tamanho e a sua distância tornam as observações diretas particularmente difíceis. Luciano Rezzolla, professor de astrofísica teórica na Universidade de Frankfurt, explica que esta limitação impede os cientistas de compreender plenamente a natureza da matéria que compõe estes extraordinários objetos celestes.
Os investigadores constataram que a relação entre a massa e o raio de uma estrela de neutrões nunca pode exceder o valor de 1/3. Esta relação universal, válida para todas as equações de estado concebíveis, permite estabelecer um limite inferior para o raio destes objetos. Assim, para uma estrela de neutrões de massa conhecida, pode-se agora afirmar que o seu raio deve ser pelo menos três vezes maior do que a sua massa expressa em unidades geometrizadas.
Esta descoberta baseia-se nos princípios da cromodinâmica quântica, a teoria que descreve a interação forte responsável pela coesão das partículas subatómicas. Os investigadores mostraram que esta teoria fundamental deixa uma marca discernível na estrutura interna das estrelas de neutrões. Qualquer violação observada desta relação de compacidade colocaria em causa a nossa compreensão atual das leis fundamentais que regem o Universo à escala subatómica.
As perspetivas de verificação experimental desta relação teórica são particularmente promissoras. Instrumentos como a experiência NICER na Estação Espacial Internacional, bem como os detetores de ondas gravitacionais, poderão em breve permitir medir com precisão o raio das estrelas de neutrões. A deteção de eventos como a fusão de estrelas de neutrões observada em 2017 oferece oportunidades únicas para testar estas previsões teóricas e aprofundar o nosso conhecimento da física extrema.
A cromodinâmica quântica e as estrelas de neutrões
A cromodinâmica quântica representa uma das teorias fundamentais da física de partículas. Ela descreve como a interação forte, transportada por partículas chamadas gluões, mantém unidos os quarks para formar os protões e os neutrões que constituem a matéria ordinária.
No contexto das estrelas de neutrões, esta teoria assume uma dimensão particular. As condições extremas de pressão e densidade que reinam no núcleo destes objetos celestes poderiam permitir o aparecimento de formas exóticas de matéria. Os quarks, normalmente confinados no interior dos neutrões, poderiam adquirir uma certa liberdade de movimento.
A aplicação dos princípios da cromodinâmica quântica ao estudo das estrelas de neutrões permite estabelecer a ligação entre a física das partículas elementares e a astrofísica. Os investigadores utilizam esta teoria para prever o comportamento da matéria nuclear em condições que não podem ser reproduzidas em laboratório.
A verificação experimental das previsões da cromodinâmica quântica no contexto das estrelas de neutrões constituiria um avanço maior para a nossa compreensão do Universo. Ela permitiria validar ou refutar certas hipóteses sobre o comportamento da matéria em condições de densidade extrema.