Acredita-se que estrelas massivas de nêutrons colidindo no espaço sejam capazes de criar metais preciosos, como ouro e platina. As propriedades dessas estrelas ainda são um enigma, mas a resposta pode estar sob a pele de um dos menores blocos de construção da Terra – um núcleo atômico de chumbo. Conseguir que o núcleo do átomo revele os segredos da força forte que governa o interior das estrelas de nêutrons provou ser difícil. Agora, um novo modelo de computador da Chalmers University of Technology, na Suécia, pode fornecer respostas.

Em um artigo publicado recentemente na revista Nature Physics , os pesquisadores de Chalmers apresentam um avanço no cálculo do núcleo atômico do elemento pesado e estável chumbo.

Apesar da enorme diferença de tamanho entre um núcleo atômico microscópico e uma estrela de nêutrons com vários quilômetros de tamanho, é basicamente a mesma física que governa suas propriedades. O denominador comum é a força forte que mantém as partículas – os prótons e nêutrons – juntos em um núcleo atômico.

A mesma força também impede que uma estrela de nêutrons entre em colapso. A força forte é fundamental no universo, mas é difícil de incluir em modelos computacionais, principalmente quando se trata de núcleos atômicos pesados ??ricos em nêutrons, como o chumbo. Portanto, os pesquisadores lutaram com muitas perguntas não respondidas em seus cálculos desafiadores.

"Para entender como a força forte funciona em matéria rica em nêutrons, precisamos de comparações significativas entre teoria e experimento. Além das observações feitas em laboratórios e com telescópios, também são necessárias simulações teóricas confiáveis. capaz de realizar tais cálculos para o elemento estável mais pesado - chumbo", diz Andreas Ekström, professor associado do Departamento de Física de Chalmers e um dos principais autores do artigo.

O novo modelo de computador da Chalmers, desenvolvido em conjunto com colegas da América do Norte e da Inglaterra, agora mostra o caminho a seguir. Ele permite previsões de alta precisão de propriedades para o isótopo chumbo-208 e sua chamada "pele de nêutrons".

São os 126 nêutrons no núcleo atômico que formam um envelope externo, que pode ser descrito como uma pele. A espessura da pele está ligada às propriedades da força forte. Ao prever a espessura da camada de nêutrons, o conhecimento pode aumentar sobre como a força forte funciona – tanto em núcleos atômicos quanto em estrelas de nêutrons .

"Nós prevemos que a pele de nêutrons é surpreendentemente fina, o que pode fornecer novos insights sobre a força entre os nêutrons. Um aspecto inovador do nosso modelo é que ele não apenas fornece previsões, mas também tem a capacidade de avaliar margens teóricas de erro. é crucial para poder fazer progresso científico", diz o líder da pesquisa Christian Forssén, professor do Departamento de Física de Chalmers.

Para desenvolver o novo modelo computacional, os pesquisadores combinaram teorias com dados já existentes de estudos experimentais. Os cálculos complexos foram então combinados com um método estatístico usado anteriormente para simular a possível disseminação do coronavírus.

Com o novo modelo para chumbo, agora é possível avaliar diferentes suposições sobre a força forte. O modelo também permite fazer previsões para outros núcleos atômicos, dos mais leves aos mais pesados.

A descoberta pode levar a modelos muito mais precisos de, por exemplo, estrelas de nêutrons e aumentar o conhecimento de como elas são formadas.

"O objetivo para nós é obter uma maior compreensão de como a força forte se comporta em estrelas de nêutrons e núcleos atômicos. Leva a pesquisa um passo mais perto de entender como, por exemplo, ouro e outros elementos podem ser criados em estrelas de nêutrons— e no final das contas trata-se de entender o universo", diz Christian Forssén.