Simulação Mais Longa e Complexa Já Realizada Por Equipe Internacional de Astrônomos, Demonstra o Que Acontece Quando Duas Estrelas de Nêutrons Colidem

Caros leitores e leitoras do BS!

 

[Imagem: K. Hayashi/Max Planck Institute for Gravitational Physics]

Quadro estático da simulação, aproximadamente 1,3 segundo após a fusão das estrelas de nêutrons. Os contornos em azul e verde mostram a densidade da matéria ao redor do buraco negro central remanescente. As linhas magenta mostram as linhas do campo magnético e as setas mostram o fluxo na magnetosfera (jato).

Astronomia Multimensageira

 

No dia de ontem (08/07), o portal Inovação Tecnológica noticiou que uma equipe internacional de astrônomos realizou a mais longa e complexa simulação já feita de um evento cosmológico extremo, a fusão de duas estrelas de nêutrons, que pode gerar verdadeiros tsunamis de ondas gravitacionais e jatos de partículas ainda não totalmente compreendidos.

 

De acordo com a nota do portal, a simulação, que utilizou 130 milhões de horas de CPU e incorpora efeitos da relatividade geral, da radiação de neutrinos e da magneto-hidrodinâmica, revelou um colapso rápido para um buraco negro e a subsequente formação de um jato.

 

A simulação prevê o sinal da onda gravitacional emitido, a assinatura da explosão de neutrinos, a quilonova e a ejeção de matéria do remanescente da fusão, todas informações valiosas para um campo emergente da astronomia, a astronomia multimensageira, que busca captar múltiplos sinais da mesma fonte, o que traz novos níveis de compreensão de cada evento.

 

Este método moderno e ainda muito recente de astrofísica coordena observações de vários sinais provenientes de uma mesma fonte astrofísica. Neste caso, quando duas estrelas de nêutrons colidem, elas emitem ondas gravitacionais, neutrinos e radiação em todo o espectro eletromagnético. Para detectá-los, os pesquisadores precisam adicionar detectores de ondas gravitacionais e telescópios de neutrinos aos telescópios comuns que capturam luz.

 

Como é tudo muito novo, é preciso antes gerar modelos e fazer previsões o mais precisas possíveis dos sinais esperados, permitindo assim coordenar os diversos observatórios, que têm naturezas muito diferentes.

 

"Prever os sinais multimensageiros de fusões de estrelas de nêutrons binárias a partir de princípios básicos é extremamente difícil. Agora conseguimos fazer exatamente isso," disse Kota Hayashi, do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, na Alemanha. "Usando o supercomputador Fugaku, no Japão, realizamos a simulação mais longa e mais complexa de uma fusão de estrelas de nêutrons binárias até hoje."

 

 

Como Duas Estrelas Se Fundem

 

A simulação parte de pouquíssimas premissas - estrelas de nêutrons com fortes campos magnéticos orbitando umas às outras - e evolui o binário de forma autoconsistente ao longo do tempo, com base em princípios físicos básicos.

 

Inicialmente, as duas estrelas de nêutrons (simuladas com 1,25 e 1,65 vez a massa do nosso Sol) orbitam uma à outra cinco vezes. Durante essa fase espiral, elas caem uma em direção à outra à medida que perdem energia orbital, que é emitida como ondas gravitacionais. Devido à alta massa total, o remanescente da fusão colapsa imediatamente em um buraco negro. A simulação prevê o sinal de onda gravitacional, o primeiro dos sinais multimensageiros observáveis.

 

Após a fusão, um disco de matéria se forma ao redor do buraco negro remanescente. No disco, o campo magnético é amplificado pelo enrolamento das linhas de campo e pelos efeitos de dínamo. A interação com a rotação rápida do buraco negro intensifica ainda mais o campo magnético, criando um fluxo de energia ao longo do eixo de rotação do buraco negro.

 

"Acreditamos que esse fluxo de energia ao longo do eixo do buraco negro, impulsionado por campos magnéticos, alimenta uma explosão de raios gama," disse Masaru Shibata, membro da equipe. "Isso está de acordo com o que sabemos de observações anteriores e fornece mais informações sobre o funcionamento interno das fusões de estrelas de nêutrons."

 

A simulação consumiu 130 milhões de horas de CPU, mantendo entre 20.000 e 80.000 CPUs ocupadas o tempo todo, para gerar um filme da fusão das duas estrelas abrangendo 1,5 segundo de tempo real.

 

[Imagem: Jyrki Hokkanen/CSC]

As estrelas de nêutrons são tão "de outro mundo" que nelas muita coisa estranha pode acontecer, incluindo formas exóticas de matéria, uma estranha matéria quark e até partículas tetranêutrons.

Estrelas de Nêutrons

 

Pesando quase tanto quanto o Sol, as estrelas de nêutrons medem apenas cerca de 10-20 km de diâmetro, o que as torna alguns dos objetos mais densos do Universo, provavelmente só perdendo em densidade para os buracos negros.

 

Sendo esferas perfeitas, lisas como nenhum outro corpo celeste conhecido, essas estrelas são na verdade restos dos núcleos muito densos de estrelas massivas que explodiram sob a forma de supernovas no final das suas vidas.

 

Esses objetos astrofísicos podem, de fato, ser considerados núcleos atômicos gigantes, com a força da gravidade comprimindo os núcleos da estrela a densidades muitas vezes superiores às dos prótons e nêutrons considerados individualmente.

 

Essas densidades tornam as estrelas de nêutrons interessantes do ponto de vista da física de partículas e nuclear, com os físicos teóricos apontando a possibilidade de que em seus núcleos possam existir formas exóticas de matéria.

 

Saibam mais:

 

Artigo: Jet from binary neutron star merger with prompt black hole formation

Autores: Kota Hayashi, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, Yuichiro Sekiguchi, Masaru Shibata

Revista: Physical Review Letters

Vol.: 134, 211407

DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.211407

 

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