Nós realmente não entendemos estrelas de nêutrons. Oh, nós sabemos que eles estamos - eles são os restos remanescentes de algumas das estrelas mais massivas do universo - mas revelar o funcionamento interno é um pouco complicado, porque a física que os mantém vivos é apenas pouco entendida.
De vez em quando, porém, duas estrelas de nêutrons se chocam e, quando o fazem, tendem a explodir, vomitando suas entranhas quânticas por todo o espaço. Dependendo da estrutura e composição interna das estrelas de nêutrons, o “ejecta” (o termo científico educado para vômito astronômico de projétil) parecerá diferente para nós, observadores da Terra, nos dando uma maneira bruta, mas potencialmente poderosa, de entender essas criaturas exóticas.
Nougat de estrela de nêutrons
Como você deve ter adivinhado, as estrelas de nêutrons são feitas de nêutrons. Bem, principalmente. Eles também têm alguns prótons nadando dentro deles, o que é importante para mais tarde, então espero que você se lembre disso.
Estrelas de nêutrons são os núcleos restantes de algumas estrelas realmente grandes. Quando essas estrelas gigantes se aproximam do fim de suas vidas, elas começam a fundir elementos mais leves em ferro e níquel. O peso gravitacional do resto da estrela continua a esmagar esses átomos, mas essas reações de fusão não produzem mais energia em excesso, o que significa que nada impede que a estrela continue desmoronando desastrosamente sobre si mesma.
No núcleo, as pressões e densidades tornam-se tão extremas que elétrons aleatórios são empurrados para dentro de prótons, transformando-os em nêutrons. Quando esse processo é concluído (o que leva menos de uma dúzia de minutos), essa bola gigante de nêutrons finalmente tem os meios para resistir a um colapso adicional. O resto da estrela ricocheteia no núcleo recém-forjado e explode em uma bela explosão de supernova, deixando para trás o núcleo: a estrela de nêutrons.
Espirais da desgraça
Então, como eu disse, estrelas de nêutrons são bolas gigantes de nêutrons, com toneladas de material (vale um pouco de sol!) Amontoadas em um volume não maior que uma cidade. Como você pode imaginar, o interior dessas criaturas exóticas é estranho, misterioso e complexo.
Os nêutrons se agrupam em camadas e formam pequenas estruturas? Os interiores profundos são uma sopa grossa de nêutrons que ficam cada vez mais estranhos quanto mais fundo você vai? Isso dá lugar a coisas ainda mais estranhas? E a natureza da crosta - a camada mais externa dos elétrons compactados?
Existem muitas perguntas sem resposta quando se trata de estrelas de nêutrons. Mas, felizmente, a natureza nos deu uma maneira de espiar dentro deles.
Menor desvantagem: temos que esperar duas estrelas de nêutrons colidirem antes de ter a chance de ver do que elas são feitas. Você se lembra do GW170817? Você realmente sabe - foi a grande descoberta de ondas gravitacionais que emanavam de duas estrelas de nêutrons em colisão, juntamente com uma série de observações de acompanhamento de telescópios de fogo rápido pelo espectro eletromagnético.
Todas essas observações simultâneas nos deram a imagem mais completa até agora dos chamados kilonovasou explosões poderosas de energia e radiação desses eventos extremos. O episódio específico de GW170817 foi o único já capturado com detectores de ondas gravitacionais, mas certamente não foi o único a acontecer no universo.
Uma esperança de nêutrons
Quando as estrelas de nêutrons colidem, as coisas ficam confusas muito rápido. O que torna as coisas especialmente confusas é a pequena população de prótons à espreita dentro da estrela de nêutrons, na sua maioria composta por nêutrons. Devido à sua carga positiva e à rotação super rápida da própria estrela, eles são capazes de criar um campo magnético incrivelmente forte (em alguns casos, os campos magnéticos mais poderosos de todo o universo) e esses campos magnéticos jogam alguns jogos perversos.
Após uma colisão de estrelas de nêutrons, os restos esfarrapados das estrelas mortas continuam a girar em torno de si em órbita rápida, com algumas de suas entranhas se expandindo em uma onda de explosão titânica, alimentada pela energia da colisão.
O restante material rodopiante forma rapidamente um disco, com esse disco enfiado por fortes campos magnéticos. E quando campos magnéticos fortes se encontram dentro de discos de rotação rápida, eles começam a se dobrar e a amplificar, ficando ainda mais fortes. Por um processo não totalmente compreendido (porque a física, como o cenário, fica um pouco confuso), esses campos magnéticos se enrolam perto do centro do disco e afunilam o material para fora e para longe do sistema: um jato.
Os jatos, um em cada pólo, disparam para fora, transportando radiação e partículas para longe do acidente cósmico. Em um artigo recente, pesquisou-se a formação e a vida útil do jato, observando com especial atenção o tempo necessário para o jato se formar após a colisão inicial. Acontece que os detalhes do mecanismo de lançamento de jatos dependem do conteúdo interior das estrelas de nêutrons originais: se você alterar a estrutura das estrelas de nêutrons, obtém histórias de colisão com diferenças e assinaturas diferentes nas propriedades dos jatos.
Com observações mais terríveis sobre kilonovas, podemos ainda discernir alguns desses modelos e aprender o que faz as estrelas de nêutrons realmente funcionarem.
Leia mais: “Fluxos de casulos de jato de fusões de estrelas de nêutrons: estrutura, curvas de luz e física fundamental”
