Astrónomos usando o Telescópio Green Bank do NSF (National Science Foundation) descobriram a mais massiva estrela de neutrões até agora, um achado com grande impacto em vários campos da física e da astrofísica.

"Esta estrela de neutrões tem o dobro da massa do Sol. É surpreendente, e esta massa significa que vários modelos teóricos da composição interna das estrelas de neutrões têm que ser postos de lado," afirma Paul Demorest do NRAO (National Radio Astronomy Observatory). "Esta medição também tem implicações para o nosso conhecimento de toda a matéria a densidades extremamente altas e em muitos detalhes da física nuclear," acrescenta.

As estrelas de neutrões são "cadáveres" superdensos de estrelas massivas que explodiram como supernovas. Com toda a sua massa alojada numa esfera com o tamanho de uma cidade, os seus protões e electrões fundem-se em neutrões. Uma estrela de neutrões pode ser várias vezes mais densa que um núcleo atómico, e um pequeno volume do seu material, a caber num dedal, pode pesar mais que 500 milhões de toneladas. Esta tremenda densidade torna as estrelas de neutrões ideais "laboratórios" naturais para estudar os estados de matéria mais densos e exóticos conhecidos da física.

Os cientistas usaram um efeito da teoria da Relatividade Geral de Einstein para medir a massa da estrela de neutrões e a sua companheira orbital, uma estrela anã branca. A estrela de neutrões é um pulsar, emitindo feixes tipo-farol no rádio que viajam pelo espaço à medida que roda. Este pulsar, chamado PSR J1614-2230, gira 317 vezes por segundo, e a companheira completa uma órbita em apenas 9 dias. O par, a uns 3000 anos-luz, está numa órbita quase perpendicular do ponto de vista da Terra. Esta orientação foi a chave para fazer a medição da massa.

À medida que a órbita transporta a anã branca directamente em frente do pulsar, as ondas de rádio do pulsar que chegam à Terra têm que viajar muito perto da anã branca. Esta passagem próxima faz que com se "atrasem" devido à distorção do espaço-tempo produzido pela gravidade da anã branca. Este efeito, denominado de Atraso de Shapiro, permitiu aos cientistas medir com precisão as massas de ambas as estrelas.

"Tivemos muita sorte com este sistema. O pulsar de rápida-rotação dá-nos um sinal para seguir ao longo da órbita, e a órbita está quase perfeitamente perpendicular. Em adição, a anã branca é particularmente massiva para uma estrela do seu tipo. Esta combinação única torna o Atraso de Shapiro muito mais forte e por isso mais fácil de medir," afirma Scott Ransom, também do NRAO.

Os astrónomos usaram um instrumento digital recém-construído denominado GUPPI (Green Bank Ultimate Pulsar Processing Instrument), acoplado ao Telescópio de Green Bank, para seguir a estrela dupla através de uma órbita completa no início deste ano. A utilização do GUPPI melhorou por várias vezes a capacidade dos astrónomos em cronometrar os sinais do pulsar.

Os investigadores esperavam que a estrela de neutrões tivesse aproximadamente 1,5 vezes a massa do Sol. Ao invés, as suas observações revelaram que tinha o dobro do Sol. Essa massa, dizem, muda o conhecimento da composição de uma estrela de neutrões. Alguns modelos teóricos postularam que, em adição aos neutrões, tais estrelas deveriam conter também outras partículas subatómicas exóticas chamadas híperons ou condensados "kaon".

"Os nossos resultados excluem estas ideias," afirma Ransom. A equipa anuncia os seus resultados na edição de 28 de Outubro da revista Nature.

O seu resultado tem mais implicações, delineadas num segundo artigo, a ser publicado futuramente na revista Astrophysical Journal Letters. "Esta medição diz-nos que se quaisquer quarks estiverem presentes no núcleo de uma estrela de neutrões, não podem estar 'livres', mas interagindo fortemente uns com os outros tal como acontece nos núcleos atómicos normais," afirma Feryal Ozel da Universidade do Arizona, autor principal do segundo artigo.

Ainda permanecem várias hipóteses viáveis para a composição interna das estrelas de neutrões, mas os novos resultados põem limites, bem como na densidade máxima possível da matéria fria.

O impacto científico das novas observações do Telescópio Green Bank também se aplica a outros campos para lá da caracterização da matéria em densidades extremas. Uma das explicações principais para a causa de um tipo de explosão de raios-gama -- as explosões de "curta-duração" -- é que são provocadas pela colisão de estrelas de neutrões. O facto das estrelas de neutrões poderem ser tão massivas como PSR J1614-2230 torna-o num mecanismo viável para estas explosões de raios-gama.

Também se espera que as colisões de estrelas de neutrões produzam ondas gravitacionais que são o alvo de um número de observatórios operando nos EUA e na Europa. Estas ondas, dizem os cientistas, transportam valiosas informações adicionais acerca da composição das estrelas de neutrões.

"No geral, os pulsares proporcionam uma grande oportunidade para estudar física exótica, e este sistema é um fantástico laboratório, que nos fornece informação valiosa com muitas implicações," explicou Ransom. "Para mim, é espectacular que um simples número -- a massa desta estrela de neutrões -- nos possa dizer tanto acerca dos muitos diferentes aspectos da física e da astronomia," acrescenta.

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Telescópio Robert C. Byrd Green Bank:
Página oficial
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Estrelas de neutrões:
Wikipedia
Universidade de Maryland