PSR B1919+21, a primeira estrela de nêutrons descoberta, foi detectada por Jocelyn Bell Burnell em Cambridge em 1967 como um pulso de rádio constante como um metrônomo chegando a cada 1,3 segundos de uma fonte não maior que uma pequena cidade. Esse pulso veio de um núcleo estelar em colapso tão denso que seu material pesaria uma colher de chá Cerca de quatro bilhões de toneladas no mundo – A massa de uma montanha tem aproximadamente o volume de um cubo de açúcar.
A estrela fez isso comprimindo algo mais massivo que o Sol em uma bola com cerca de 20 quilômetros de diâmetro.
O que realmente acontece quando uma estrela entra em colapso
Uma estrela de nêutrons é uma estrela massiva depois que seu combustível acaba e seu núcleo desaba sobre si mesmo. A gravidade prevalece de tal forma que os átomos param de se comportar como átomos.
Na matéria comum, um átomo é principalmente um espaço vazio. O núcleo fica no centro como um sino em uma catedral, com elétrons orbitando bem acima das paredes. Comprima uma estrela com força suficiente e esses elétrons se transformarão em prótons, se fundirão em nêutrons e a catedral entrará em colapso durante o vôo.
O que resta é um líquido de nêutrons compactados ombro a ombro em densidade atômica. como SpaceNews descreve issoO resultado é uma estrela com aproximadamente o dobro da massa do Sol que se desintegra até ficar do tamanho de Manhattan – um dos objetos mais densos do Universo conhecido.
Calcule o número de colheres de chá, honestamente
A densidade nas estrelas de nêutrons é de cerca de 1017 Quilogramas por metro cúbico. Uma colher de chá padrão contém cerca de 5 mililitros ou 5 centímetros cúbicos.
Multiplique tudo isso e a colher de chá resultará entre 500 milhões e 5 bilhões de toneladas, dependendo de onde você coloca dentro da estrela. Quatro bilhões de toneladas é o número que os físicos costumam citar para o interior profundo.
Quatro bilhões de toneladas equivalem a cerca de 1.000 vezes a massa da Grande Pirâmide de Gizé. Essa é a massa de cada carro e caminhão construído no mundo em uma década. É uma pequena massa montanhosa apoiada em uma colher.
Por que a estrela simplesmente não entra em colapso ainda mais?
O que impede uma estrela de nêutrons de colapsar continuamente em um buraco negro é um efeito quântico chamado pressão de degeneração de nêutrons. Os nêutrons, assim como os elétrons, recusam-se a ocupar o mesmo estado quântico que seus vizinhos. Empurre-os para perto o suficiente e eles empurrarão para trás com uma força que não tem nada a ver com calor ou velocidade.
Esta pressão mantém a estrela contra um campo gravitacional tão forte que a gravidade superficial é milhares de milhões de vezes a da Terra. Um marshmallow caindo de um metro acima da superfície atingirá o solo com a força de uma bomba nuclear.
Acima de uma massa crítica – algo em torno de 2,2 a 2,5 massas solares – até mesmo o decaimento dos nêutrons falha. Qualquer coisa mais pesada que esse teto se torna um buraco negro.
Uma estrela do tamanho de Manhattan que gira 700 vezes por segundo
Como o núcleo em colapso conserva o momento angular, a estrela de nêutrons completa gira rapidamente. Muito rápido. Os mais rápidos conhecidos giram centenas de vezes por segundo, e seus equadores se movem a cerca de um quarto da velocidade da luz.
Os campos magnéticos são igualmente extremos. Uma classe de estrelas de nêutrons chamadas ímãs carrega um campo de cerca de 1011 Tesla – Um trilhão de vezes mais forte que um imã de geladeira e poderoso o suficiente para perturbar a química de átomos a milhares de quilômetros de distância.
Em 2004, um magnetar lançou uma explosão estelar que ionizou brevemente a atmosfera superior do nosso planeta e saturou satélites concebidos para observar explosões de raios gama em todo o universo visível. Foi um dos eventos mais brilhantes já registrados fora do sistema solar.
Como o interior pode realmente parecer
Ninguém sabe o que está no centro de uma estrela de nêutrons. A pressão é tão extrema que os próprios neutrões podem deixar de ser unidades fundamentais – podem dissolver-se numa sopa de quarks livres, ou formar partículas exóticas, ou cristalizar em estruturas sem análogos na matéria comum.
Pesquisadores da Michigan State University estão realizando simulações de como os neutrinos viajam através desse material, usando a forma como o spin e a densidade estão correlacionados no fluido de nêutrons para chegar ao fundo do que está acontecendo. Os neutrinos são uma das poucas coisas que podem transportar informações intrínsecas.
Ars Technica cobriu uma linha de trabalho ainda desconhecida: Físicos usam átomos ultrafrios em laboratórios da Terra como um análogo em escala reduzida do fluido dentro de uma estrela de nêutrons, porque a matemática de ambos os sistemas é notavelmente semelhante.
De onde veio o ouro do seu anel?
As estrelas de nêutrons são importantes porque vão além da física exótica. Em agosto de 2017, os detectores de ondas gravitacionais LIGO e Virgo captaram um sinal chamado GW170817 – duas estrelas de nêutrons na galáxia NGC 4993 espiralando uma na outra e se fundindo em uma explosão que ilumina telescópios em todos os comprimentos de onda.
Como resultado da colisão, entre outras coisas, Ouro e platina são substanciaisFlui para fora a uma fração da velocidade da luz. Uma fusão semelhante, que ocorreu milhares de milhões de anos antes da formação do Sol, é de onde veio a maior parte dos elementos mais pesados da Terra.
O ouro de uma aliança de casamento foi, literalmente, criado pela colisão desses dois cadáveres do tamanho de uma cidade.
Superfície, se você aguentasse
A superfície de uma estrela de nêutrons não é nem remotamente parecida com a superfície de um planeta. É uma crosta de núcleos de ferro dispostos em uma rede cristalina, comprimida a milhões de toneladas por centímetro cúbico, situada acima do fluido de nêutrons abaixo.
Existem montanhas nesta crosta, mas não podem ser altas. A gravidade superficial os achata consideravelmente. Uma estrela de nêutrons é mais lisa do que uma bola de bilhar humana já polida.
Rachaduras ocasionais na crosta. Quando isto acontece, a estrela liberta a força de uma expansão estelar numa fração de segundo e a sua taxa de rotação muda subitamente num evento que os astrónomos chamam de falha do pulsar.
Matéria escura e a hipótese mais estranha de todas
As estrelas de nêutrons são tão extremas que funcionam como laboratórios naturais de física que não podem ser testados de outra forma. Um artigo recente no Science Daily sugere que sim Estrelas de nêutrons podem ser a chave para a compreensão da matéria escura – Material invisível que constitui a maior parte da massa da galáxia, mas que não foi detectado diretamente.
Se as partículas de matéria escura interagirem, mesmo que fracamente, com a matéria normal, deverão acumular-se no interior das estrelas de neutrões ao longo de milhares de milhões de anos, alterando subtilmente a forma como arrefecem, rodam e vibram. A medição precisa dessas propriedades é uma das poucas maneiras práticas de procurar partículas que passam pela Terra sem perceber que elas estão lá.
Quatro bilhões de toneladas, numa colherada, para sempre
O teste da colher de chá é um insight útil porque divide toda a estranha história em algo que uma mão humana pode segurar. Uma colher de chá é conhecida. Não quatro bilhões de toneladas. Juntar os dois é onde reside a maravilha.
Se um pedaço de material de estrela de nêutrons de alguma forma chegasse intacto à Terra, não estaria na colher. Se a gravidade esmagadora não o mantivesse unido, explodiria com quase a força de uma arma nuclear, voltando à matéria normal em microssegundos.
As coisas só existem porque a força gravitacional de uma estrela inteira a empurra para baixo em todas as direções.
O PSR B1919+21 ainda está lá, ainda pulsando a cada 1,3 segundos, como fazia quando Jocelyn Bell Burnell o notou pela primeira vez em um gráfico de papel em 1967. Ele tem feito isso há muito tempo e continuará a fazê-lo muito depois de cada ser humano que leu esta frase ter desaparecido.
Uma colher de chá pesará uma montanha.
