Quando as estrelas de neutrões colidem produzem uma explosão que tem, ao contrário do que se acreditava até há pouco, a forma de uma esfera perfeita. Embora como isso seja possível ainda seja um mistério, a descoberta pode fornecer uma nova chave para a física fundamental e para medir a idade do universo. A descoberta foi feita por astrofísicos da Universidade de Copenhague e acaba de ser publicada na revista Nature .

Kilonovae - as explosões gigantes que ocorrem quando duas estrelas de nêutrons orbitam uma à outra e finalmente colidem - são responsáveis ??por criar coisas grandes e pequenas no universo, de buracos negros aos átomos no anel de ouro em seu dedo e o iodo em nossos corpos . Eles dão origem às condições físicas mais extremas do universo, e é nessas condições extremas que o universo cria os elementos mais pesados ??da tabela periódica, como ouro, platina e urânio.

Mas ainda há muito que não sabemos sobre esse fenômeno violento. Quando uma kilonova foi detectada a 140 milhões de anos-luz de distância em 2017, foi a primeira vez que os cientistas puderam coletar dados detalhados. Cientistas de todo o mundo ainda estão interpretando os dados dessa explosão colossal, incluindo Albert Sneppen e Darach Watson, da Universidade de Copenhague, que fizeram uma descoberta surpreendente.

Suas análises foram realizadas em dados da quilonova AT2017gfo de 2017. Esses dados são a luz ultravioleta, óptica e infravermelha do espectrógrafo X-shooter no Very Large Telescope do European Southern Observatory, combinado com análises anteriores de ondas gravitacionais , ondas de rádio e dados do Telescópio Espacial Hubble.

"Você tem duas estrelas supercompactas que orbitam uma à outra 100 vezes por segundo antes de entrar em colapso. Nossa intuição e todos os modelos anteriores dizem que a nuvem de explosão criada pela colisão deve ter uma forma achatada e bastante assimétrica", diz Albert Sneppen, doutorado aluno do Instituto Niels Bohr e primeiro autor do estudo publicado na revista Nature .

É por isso que ele e seus colegas de pesquisa ficam surpresos ao descobrir que esse não é o caso da kilonova de 2017. Ela é completamente simétrica e tem uma forma próxima de uma esfera perfeita.

"Ninguém esperava que a explosão fosse assim. Não faz sentido que seja esférica, como uma bola. Mas nossos cálculos mostram claramente que é. Isso provavelmente significa que as teorias e simulações de kilonovae que temos considerado ao longo do últimos 25 anos carecem de física importante", diz Darach Watson, professor associado do Instituto Niels Bohr e segundo autor do estudo.

Mas como a kilonova pode ser esférica é um verdadeiro mistério. De acordo com os pesquisadores, deve haver física inesperada em jogo:

"A maneira mais provável de tornar a explosão esférica é se uma grande quantidade de energia sair do centro da explosão e suavizar uma forma que de outra forma seria assimétrica. Portanto, a forma esférica nos diz que provavelmente há muita energia no centro da colisão, que foi imprevista", diz Albert Sneppen.

Quando as estrelas de nêutrons colidem, elas se unem brevemente como uma única estrela de nêutrons hipermassiva, que então colapsa em um buraco negro. Os pesquisadores especulam se é nesse colapso que grande parte do segredo está escondido:

"Talvez uma espécie de 'bomba magnética' seja criada no momento em que a energia do enorme campo magnético da estrela de nêutrons hipermassiva é liberada quando a estrela colapsa em um buraco negro. A liberação de energia magnética pode fazer com que a matéria na explosão seja distribuído de forma mais esférica. Nesse caso, o nascimento do buraco negro pode ser muito energético", diz Darach Watson.

No entanto, essa teoria não explica outro aspecto da descoberta dos pesquisadores. De acordo com os modelos anteriores, enquanto todos os elementos produzidos são mais pesados ??que o ferro, os elementos extremamente pesados, como o ouro ou o urânio, devem ser criados em locais diferentes da kilonova que os elementos mais leves, como o estrôncio ou o criptônio, e devem ser expulsos em direções diferentes. Os pesquisadores, por outro lado, detectam apenas os elementos mais leves e estão distribuídos uniformemente no espaço.

Eles, portanto, acreditam que as enigmáticas partículas elementares, neutrinos, sobre as quais muito ainda se desconhece, também desempenham um papel fundamental no fenômeno.

"Uma ideia alternativa é que nos milissegundos que a estrela de nêutrons hipermassiva vive, ela emite muito poderosamente, possivelmente incluindo um grande número de neutrinos. também tem deficiências, mas acreditamos que os neutrinos desempenham um papel ainda mais importante do que pensávamos", diz Albert Sneppen.

A forma da explosão também é interessante por um motivo totalmente diferente:

"Entre os astrofísicos há muita discussão sobre a velocidade com que o universo está se expandindo. A velocidade nos diz, entre outras coisas, quantos anos o universo tem. E os dois métodos que existem para medi-la divergem em cerca de um bilhão de anos. Aqui podemos ter um terceiro método que pode complementar e ser testado contra as outras medições", diz Albert Sneppen.

A chamada "escada de distância cósmica" é o método usado hoje para medir a rapidez com que o universo está crescendo. Isso é feito simplesmente calculando a distância entre diferentes objetos no universo, que atuam como degraus na escada.

“Se eles são brilhantes e principalmente esféricos, e se sabemos a que distância estão, podemos usar as quilonovas como uma nova maneira de medir a distância independentemente – um novo tipo de régua cósmica”, diz Darach Watson e continua:

"Saber qual é a forma, é crucial aqui, porque se você tem um objeto que não é esférico, ele emite de forma diferente, dependendo do seu ângulo de visão. Uma explosão esférica proporciona uma precisão muito maior na medição."

Ele enfatiza que isso requer dados de mais quilonovas. Eles esperam que os observatórios LIGO detectem muito mais quilonovas nos próximos anos.

Estrelas de nêutrons são estrelas extremamente compactas que consistem principalmente de nêutrons. Eles normalmente têm apenas cerca de 20 quilômetros de diâmetro, mas podem pesar uma vez e meia a duas vezes mais que o Sol. Uma colher de chá de matéria de estrela de nêutrons pesaria tanto quanto o Monte Everest.

Quando duas estrelas de nêutrons colidem, ocorre o fenômeno de uma kilonova. Este é o nome da explosão gigantesca que a fusão cria. É uma bola de fogo radioativa que se expande a uma velocidade enorme e consiste principalmente de elementos pesados ??formados na fusão e suas consequências - tanto os elementos mais leves quanto os muito pesados ??- que são ejetados no espaço.

O fenômeno foi previsto em 1974 e claramente observado e identificado pela primeira vez em 2013. Em 2017, dados detalhados de uma kilonova foram obtidos pela primeira vez, quando os detectores LIGO (nos EUA) e Virgo (na Europa) tiveram sucesso sensacional em medir a gravidade ondas da kilonova AT2017gfo, que estava em uma galáxia a 140 milhões de anos-luz de distância.