Objetos cósmicos hipotéticos extremamente densos e exóticos conhecidos como "estranhas estrelas de quarks" podem existir no universo. Enquanto os astrofísicos continuam a debater a existência de estrelas de quarks, uma equipe de físicos descobriu que o remanescente de uma fusão de estrelas de nêutrons observada em 2019 tem exatamente a massa necessária para ser uma.
Quando as estrelas morrem, seus núcleos se contraem tanto que se transformam em novos tipos de objetos. Por exemplo, quando o Sol finalmente morrer, ele deixará para trás uma anã branca, uma bola do tamanho de um planeta de átomos de carbono e oxigênio altamente comprimidos. Quando estrelas ainda maiores explodem em explosões cataclísmicas chamadas supernovas, elas deixam para trás estrelas de nêutrons. Esses objetos incrivelmente densos têm apenas alguns quilômetros de diâmetro, mas sua massa pode ser várias vezes a do Sol. Como seu nome sugere, eles são compostos quase inteiramente de nêutrons puros, tornando-os realmente núcleos atômicos de quilômetros de comprimento.
As estrelas de nêutrons são tão exóticas que os físicos ainda não as entenderam completamente. Embora possamos observar como as estrelas de nêutrons interagem com seu ambiente e fazer algumas boas suposições sobre o que acontece com essa matéria de nêutrons perto da superfície, a composição de seus núcleos permanece indefinida.
O problema é que os nêutrons não são partículas completamente fundamentais. Embora eles se combinem com prótons para formar núcleos atômicos, os próprios nêutrons são compostos de partículas ainda menores chamadas quarks.
Existem seis tipos, ou aromas, quarks: up, down, top, bottom, strange e charm. Um nêutron consiste em dois quarks down e um quark up. Se você achatar muitos átomos juntos, eles se transformarão em uma bola gigante de nêutrons. Então, se você apertar muitos nêutrons juntos, eles se transformarão em uma bola gigante de quarks?
As respostas variam de "talvez" a "é difícil". O problema é que os quarks realmente não gostam de ficar sozinhos. A força nuclear forte, que liga os quarks no núcleo, na verdade aumenta com a distância. Se você tentar juntar dois quarks, a força que os puxa de volta aumenta. Eventualmente, a energia gravitacional entre eles se torna tão grande que novas partículas aparecem no vácuo, incluindo novos quarks, que se unem alegremente com os separados.
Se você quisesse criar um objeto macroscópico a partir dos quarks up ou down que compõem um nêutron, esse objeto explodiria muito rapidamente e violentamente.
Mas talvez haja uma maneira que use quarks estranhos. Por si só, os quarks estranhos são bastante pesados e, quando descansam, decaem rapidamente em quarks up e down mais leves. No entanto, quando um grande número de quarks é combinado, a física pode mudar. Físicos descobriram que quarks estranhos podem se unir a quarks up e down para formar trigêmeos conhecidos como estrelinhas, que pode ser estável - mas apenas sob pressões extremas.
Se você comprimir demais uma estrela de nêutrons, todos os nêutrons perdem a capacidade de sustentar a estrela e ela explode para formar um buraco negro. Mas pode haver um estágio intermediário em que a pressão é alta o suficiente para dissolver nêutrons e formar uma estranha estrela de quarks, mas não forte o suficiente para que a gravidade assuma o controle.
Os astrônomos não esperam encontrar muitas estrelas estranhas no universo, esses objetos devem ser mais pesados que estrelas de nêutrons, mas mais leves que buracos negros, e não há muito espaço de manobra. E como não entendemos completamente a física das estrelas estranhas, nem sabemos as massas exatas nas quais as estrelas estranhas podem existir.
Mas uma equipe de astrônomos recentemente analisou GW190425, um evento de onda gravitacional causado pela fusão de duas estrelas de nêutrons observada em 2019. Junto com a enorme quantidade de ondas gravitacionais, a fusão de estrelas de nêutrons resulta na formação de uma kilonova, uma explosão que é mais poderosa que uma nova normal, mas mais fraca que uma supernova. Embora os astrônomos não tenham conseguido detectar um sinal eletromagnético desse evento, eles observaram um evento semelhante em 2017 que produziu ondas gravitacionais e radiação.
Quando duas estrelas de nêutrons se fundem, existem várias opções para o desenvolvimento de eventos dependendo de suas massas, spins e ângulo de colisão. De acordo com cálculos teóricos, as estrelas de nêutrons podem se destruir, formar um buraco negro ou criar uma estrela de nêutrons um pouco mais massiva.
E de acordo com um novo estudo, essas colisões cósmicas podem levar à formação de uma estranha estrela de quarks.
A equipe estimou que a massa do objeto que sobrou da fusão de 2019 estava em algum lugar entre 3,11 e 3,54 massas solares. Com base em nossa melhor compreensão da estrutura das estrelas de nêutrons, isso é massa demais e deveria ter explodido em um buraco negro. Mas também está dentro da faixa de massas permitida pelos modelos estruturais dessas estrelas estranhas.
É muito cedo para dizer se 190425 GW2019 é nossa primeira observação de uma estrela rara com um quark estranho, mas observações futuras (e mais trabalho teórico) podem ajudar os astrônomos a identificar a localização de uma dessas criaturas exóticas.
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