Em breve seremos capazes de “ver” o interior das estrelas de nêutrons e compreender quais materiais extremos governados por uma física estranha se escondem ali, graças à impressão das interações das marés nas ondas gravitacionais emitidas por pares de estrelas de nêutrons que espiralam em explosões e fusões.
“Uma esperança é que possamos obter alguma informação sobre a equação de estado de uma estrela de nêutrons, que se encontra no núcleo de uma estrela. estrela de nêutrons“, disse Nicolás Yunes, da Universidade de Illinois, que liderou o estudo, em um relatório. declaração. “Realmente existe um Quark Core, como alguns afirmaram recentemente? Existe uma transição de fase acontecendo lá dentro que ainda não conhecemos? “
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No entanto, nas profundezas de uma estrela de nêutrons, mais perto de seu núcleo, as coisas podem ser ainda mais estranhas. A pressão gravitacional pode ser tão grande que esmaga os nêutrons em suas partes componentes, que são partículas elementares chamadas quarks e glúons Os quarks geralmente se ligam para formar prótons e nêutrons.
Os cientistas chamam esse estado da matéria de plasma de quark-glúon. Este estado da matéria existe em Big Bangalém dos experimentos com aceleradores de partículas, o único outro lugar no universo onde o plasma de quark-glúon pode existir é dentro de estrelas de nêutrons.
Se os cientistas conseguirem compreender o interior de uma estrela de nêutrons, poderão compreender melhor o estado da matéria após o Big Bang.
As estrelas binárias de nêutrons há muito são consideradas a melhor aposta para decifrar os materiais que se escondem dentro delas. Esses pares de estrelas de nêutrons giram em torno um do outro em órbitas elípticas, aproximando-se cada vez mais até colidirem e se fundirem em uma única estrela de nêutrons. Chinova. Crucialmente, a sua libertação em espiral ondas gravitacionais.
Agora, os cientistas liderados por Younes e Abhishek Hegade, da Universidade de Princeton, acreditam ter descoberto como decifrar as frequências destas ondas gravitacionais para explicar a estrutura interna das estrelas de neutrões.
“À medida que se aproximam, as forças de maré de uma estrela (de nêutrons) começam a deformar a outra estrela e vice-versa”, disse Heggard. “O grau de deformação depende do que acontece dentro destas estrelas.”
O problema é extrema gravidade e alta velocidade (até 40%) velocidade da luz) à medida que as estrelas de nêutrons giram umas em torno das outras, os cientistas devem procurar Albert Einsteinde relatividade geral Busque soluções. É um trabalho complexo, mas Younes e Heggard acham que agora têm a resposta.
Quando estrelas binárias de nêutrons deformam a forma e a estrutura umas das outras por meio de marés gravitacionais, elas desencadeiam oscilações internas, como o som de um sino. Esses padrões de oscilações são chamados de modos, e suas frequências são impressas nas ondas gravitacionais irradiadas pela estrela binária de nêutrons.
Compreender o sistema binário requer todo um conjunto de padrões. No entanto, discernir estes padrões é complicado pelo facto de as forças das marés serem dinâmicas: as forças das marés mudam à medida que as estrelas de neutrões orbitam umas às outras, e os efeitos de cada estrela de neutrões sobrepõem-se, tornando mais difícil distinguir o que está a acontecer.
“Sem um conjunto completo de modelos, é inteiramente possível que estejam faltando partes da resposta das marés ao modelá-la, porque estão potencialmente faltando outras partes da descrição matemática da resposta necessária para capturar toda a física”, disse Younes.
Física newtoniana – a física básica da gravidade Isaac NewtonA lei da gravitação universal – abrange o conjunto completo de padrões de oscilação de objetos regulares. Esses modos são chamados de ressonadores amortecidos. Na física relativística, entretanto, não está claro se todos os modos podem ser derivados. Por exemplo, as ondas gravitacionais, que irradiam energia de estrelas binárias de nêutrons, são um fenômeno da relatividade geral, que herda a gravidade newtoniana, portanto a física newtoniana não as considera.
“Se o seu sistema está perdendo energia, o seu padrão não está intacto”, disse Heggard.
A solução é decompor o problema e tratar cada estrela de nêutrons e sua companheira individualmente como uma fonte de marés gravitacionais. A equipe de Younis e Heggard dividiu então cada estrela de nêutrons em regiões separadas de diferentes forças gravitacionais em diferentes escalas, descrevendo gravidade forte e fraca. Eles encontraram soluções aproximadas em cada escala e depois as combinaram. Eles até descobriram que a perda de energia causada pelas ondas gravitacionais foi efetivamente anulada. Isto permitiu-lhes chegar a uma solução que descreve todos os modos de oscilação dentro de uma estrela de nêutrons e como estes se imprimem na frequência das ondas gravitacionais resultantes.
“Mostramos duas coisas importantes”, disse Heggard. “Primeiro, fomos capazes de subtrair a radiação e descobrimos que os padrões da estrela de neutrões formam de facto um conjunto completo. Em segundo lugar, descobrimos que se resolvermos consistentemente um conjunto de equações com um campo de maré suficientemente ‘suave’, que é a solução dentro da estrela, podemos fazer a mesma coisa na relatividade geral e na gravidade newtoniana.”
Este não é o fim da história. O trabalho da equipe de Younes e Heggard é puramente teórico nesta fase, e os atuais detectores de ondas gravitacionais não são sensíveis o suficiente em frequências mais altas para detectar tais assinaturas. No entanto, Younes e Heggard estão otimistas de que a próxima geração de detectores poderá atingir esse objetivo.
As descobertas foram publicadas na edição de 18 de fevereiro da revista Cartas de revisão física.
