ESTRELAS
SUPERDENSAS
A teoria prevê que estruturas competitivas e fases da matéria
subatômica se apresentam nos núcleos de estrelas de nêutrons com raio < 8 km . Crédito: Fridolin Weber
(San Diego State University) 2008.
São
as estrelas onde a pressão exercida pelo peso estelar rompe a força de repulsão
exercida pelos elétrons e termina por fundir o núcleo estelar condensada de
partículas atômicas. Mas não acaba por ai, em determinadas condições a massa
destas estrelas em especiais passa por outras modificações que alteram (em
teoria) sua estrutura subatômica que podem gerar diversos estágios de formação
da matéria.
Uma
estrela normal com atmosfera de hélio e hidrogênio supermassiva passa após o
colapso de supernova para uma estrela de nêutrons e príons condensados antes de
virar uma estrela de nêutrons tradicional. Por influência do quão massivo era a
estrela moribunda ela pode se tornar uma estrela hibrida de nêutrons e quarks
ou uma estrela de híperon.
Por
uma influência ainda não bem conhecida, a estrela se condensa de tal forma que
termina por formar uma estrela de quarks estranhos a estrela estranha. A estrela
de quarks estranhos são um hipotético tipo de estrela exótica composto por
matéria quark ou matéria estranha. Estas são fases ultra-densas de matéria
degenerada teorizada como casos particulares formados a partir de estrelas de
nêutrons massivas, presume-se
que elementos da matéria escura desencadeiam sua formação.
Recentes pesquisas teóricas têm
encontrado mecanismos pelos quais estrelas de quarks estranho podem apresentar
diminuição do campos elétricos e densidades dos corpos em relação à anteriores
previsões teóricas, fazendo com que tais estrelas se apresentem perfeitamente
como estrelas de nêutrons.
Abaixo trataremos detalhadamente os astros
superdensos e sua matéria constituinte até o enigmático buraco negro.
ESTRELAS
DE NÊUTRONS
Uma
estrela supermassivas antes explodir, faz com que suas camadas internas se
compactem mais ainda, os eletros perdem a batalha de tentar se repelir como
conseguiam nas Anãs brancas, combinando-os com prótons e criando mais nêutrons
assim.
Esquema da formação de uma
estrela de nêutrons.
Assim
ficamos com um objeto composto basicamente de nêutrons. A gravidade vence
fazendo com que a estrela se compacte mais ainda, pois não á mais elétrons
impedindo isto, pelo menos até a criação dos nêutrons.
Os
nêutrons também têm a natureza de se repelirem mutuamente o que novamente
brecara a gravidade formando um objeto estável de diminutas proporções e
supermassivo chamado estrela de nêutrons. São dois os tipos de estrelas de
nêutrons conhecidos os Magnetares e os Pulsares.
MAGNETARES
Magnetar é uma estrela de
nêutrons com alto valor de campo magnético. Possui campo magnético estimado em
1 bilhão de teslas. Tem como característica principal a alta emissão de raios X
e raios gama. Apesar de toda a sua energia, os magnetares não são sempre objecto
brilhantes. A oportunidade de os estudar acontece quando surgem, sem aviso,
erupções que podem durar desde horas a meses, e que emitem luz visível e
noutros comprimentos de onda.
A remanescente de Supernova N49 em composição de imagens do
Chandra & Hubble mostram uma estranha bolha azul que aparece isolada.
Provavelmente seja uma esfera de
escombros remanescente de uma poderosa supernova que se comportou de maneira
fora do normal originando a esfera e um furioso magnetar chamado SGR 0526-66 (SGR
quer dizer Soft Gamma ray Repeater, um objeto que periodicamente explode emitindo flashes de
raios-gama).
Quando, em uma supernova, a estrela
colapsa para uma estrela de nêutrons, o seu campo magnético aumenta
dramaticamente (metade da dimensão linear aumenta o campo magnético em quatro
vezes).
A supernova pode perder 10% da sua massa em uma explosão.
Para que essas grandes estrelas (10 a 30 massas solares) não colapsem para um
buraco negro, eles têm de lançar uma maior proporção de sua massa, talvez mais
de 80%.
Estima-se que cerca de 1 em 10 explosões de supernovas
tem uma magnetar como resultados. O magnetares são astros superdensos que condensam massas de
uma estrela num volume incrivelmente menor algo em torno de 15 km de diâmetro. Possuem
uma crosta de ferro com uma atmosfera de gás de elétrons, abaixo da crosta
temos um manto de nêutrons e um núcleo de quarks com imensa densidade, são
considerados astros híbridos entre uma estrela de nêutrons e quarks. Os
magnetares têm um magnetismo 100 vezes maior que um pulsar, mas também são
muito mais instáveis, pois ainda não compactaram todos os eletros com os
prótons formando neutros em toda área estrela como no pulsares. Os magnetares giram a velocidades enormes,
algo em torno de 25000 Km/h isto gera temperaturas enormes que aumentam
demasiadamente a pressão interior, isto cedo ou tarde ira gerar terremotos
superficiais que por fim podem liberar muita energia, esta pode destrocar a
estrela dependendo da intensidade.
Os magnetares não são apenas as estrelas mais magnéticas
que se conhece estas estrelas representam uma nova maneira de fazer uma estrela
brilhar, pois não são alimentados por um mecanismo convencional como a fusão
nuclear, a rotação ou a acreção mesmo que não intensamente.
PULSARES
À medida que uma estrela vai perdendo energia, sua
matéria é comprimida em direção ao seu centro, ficando cada vez mais densa.
Quanto mais a matéria da estrela se move em direção ao seu centro, mais
rapidamente ela gira. Este giro frenético dos pulsares pode cer da ordem em
alguns casos de centenas de vezes por segundo.
Campo magnético de um
pulsar.
Qualquer estrela
possui um campo magnético que em geral é fraco, mas quando o núcleo de uma
estrela é comprimido até se tornar uma estrela de nêutrons, o seu campo
magnético também sofre compressão, com isso as linhas de campo magnético ficam
mais densas, dessa forma tornam o campo magnético muito intenso, esse forte
campo junto com a alta velocidade de rotação passa a produzir fortes correntes
elétricas na superfície da estrela de nêutrons.
Os prótons e elétrons ligados de maneira
"fraca" à superfície dessas estrelas são impulsionados para fora e
fluem, pelas linhas do campo magnético, até os pólos norte e sul da estrela. O
eixo eletromagnético da estrela de nêutrons não necessita estar alinhado com o
eixo de rotação. Com o desalinhamento entre o eixo magnético e o de rotação, a
estrela emite uma enorme quantidade de radiação pelos pólos, que varre
diferentes direções no espaço, sendo assim só podemos detectar as estrelas de
nêutrons quando nosso planeta está na direção da radiação emitida pela estrela.
Essa radiação recebe o nome de pulso, pois vem até nós como uma série de pulsos
eletromagnéticos luz emitida pelos pulsares no espectro visível é tão pequena
que não é possível observá-la a olho nu. Somente os radiotelescópios podem
detectar a forte energia que eles emitem.
PULSARES
O telescópio FERMI
revela os segredos dos pulsares silenciosos que só irradiam na faixa de
raios-gama, radiação muito energética.
Acima as descobertas
incluem 16 novos pulsares identificados tão somente por sua emissão pulsante de
raios gama (pulsares silenciosos na faixa de rádio). O mapa celeste acima
mostra uma visão nas frequências do espectro dos raios gama, alinhado com o
plano da nossa galáxia, a Via Láctea, destacando as posições destes 24
pulsares. Os 16 novos pulsares silenciosos foram marcados com círculos
amarelos. Neste mapa, os 08 pulsares de milissegundo de rádio já conhecidos
estão circulados na cor magenta. Corpos estelares bizarros, os pulsares Vela,
Crab (Caranguejo) e Geminga à direita são os mais brilhantes no céu de raios
gama, mapeado pelo FERMI. Os pulsares Taz, Eel, e Rabbit (Coelho) ganharam seus
nomes por causa das nebulosas às quais pertencem e energizam. Os pulsares Gamma
Cygni e CTA 1º à esquerda, residem dentro de suas nebulosas remanescentes de
supernova em expansão, do mesmo nome.
Estrela de nêutrons com disco de acresção (à esquerda),
alimentando-se de matéria da companheira binária (à direita). Crédito:Bill
Saxton, NRAO/AUI/NSF
Um time de astrônomos
descobriu um sistema binário singular que é o “elo perdido” da fase do
nascimento dos pulsares super rápido que apresenta períodos de rotação da ordem
de milissegundos. Estes ‘pulsares de milissegundo’ são considerados os objetos
estelares que giram mais rapidamente no Universo.
“Há algum tempo nós
achamos que conhecíamos a maneira pela qual estes pulsares são acelerados até
girarem tão rapidamente e este sistema binário está nos mostrando agora este
processo em ação”, falou Anne Archibald da universidade McGill em Montreal,
Canadá.
Estrela de Quarks
Uma estrela de quarks pode ser formada de uma estrela de
nêutron através de um processo chamado deconfinamento de quarks. Este processo
pode produzir uma supernova quark. A estrela resultante pode conter quarks
livres em seu interior. O processo pode liberar imensas quantidades de energia,
talvez sendo uma das mais energéticas explosões existentes. É provável que as
grandes erupções de raios gama evidenciadas pela astronomia sejam supernovas
quark. Uma estrela quark situa-se entre as fases de estrelas de nêutrons e os buracos
negros tanto em termos tanto de massa como densidade, e se suficiente massa
adicional for somada à sua, ela colapsará em um buraco negro.
Estrelas de nêutrons que tenham massa de 1.5–1.8 massas
solares com rápida rotação são teoricamente as melhores candidatas à conversão.
Sua quantidade é estimada em 1% da população das estrelas de nêutrons. Uma
extrapolação baseada nisto indica que até 02 supernovas quark podem ocorrer no
universo observável a cada dia.Teoricamente, estrelas de quark podem ser
silenciosas em frequência de rádio, então estrelas de nêutrons silenciosas em
rádio podem ser estrelas de quarks.
ESTRELA DE QUARKS STRANGELET
A
energia necessária para converter uma estrela de nêutrons em um objeto que é
conhecido como uma ‘estrela estranha’, que pode vir da aniquilação de
partículas de matéria escura, ou seja, esta matéria seria o gatilho para a
criação de uma estrela de Quarks Estranhos.
Depois
de ter consumido seu combustível nuclear, as estrelas abaixo de certa massa
crítica entram em colapso para formar as estrelas de nêutrons. Esses objetos
incrivelmente densos são compostos quase que inteiramente de nêutrons,
originados do colapso gravitacional em que os prótons e elétrons da estrela que
perdeu sua capacidade de manter o equilíbrio gravitacional e acaba por se
fundir, formando os nêutrons. Supõe-se que uma fonte externa de energia
adicional, as estrelas de nêutrons podem se tornar estrelas estranhas, ultra densas,
que contem a matéria estranha, ou melhor, uma sopa de quarks para cima (up), para baixo (down) e estranho (strangelet) desvinculados.
Representação
de um nêutron que é composto de 03 quarks (um up e dois down) em equilíbrio. A
força forte é mediada pelos glúons (ondas em branco). A força forte tem 03 cores
de carga azul, vermelho e verde. As cores oscilam circulando entre os quarks,
ou seja, a cor azul não está vinculada necessariamente ao up, como mostrado
neste diagrama.
Diagrama compara o tamanho e composição de uma estrela de nêutrons
com os de uma 'estrela estranha'. Crédito: CXC/M Weiss.
A ideia é que com a adição desta energia para um volume limitado da estrela de
nêutrons, se liberam os quarks
up e down confinados dentro dos nêutrons. Alguns destes quarks se
converterão naturalmente em quarks estranhos, produzindo uma região conhecida
de matéria estranha conhecida como strangelet. Teoricamente a matéria estranha
é mais estável do que a matéria nuclear normal, os strangelets requerem menor
energia para existir. Assim, como uma reação em cadeira, a energia excedente
gerada pela conversão da matéria normal em mais quarks up e down que por sua vez
levariam a criação de mais strangelets em um processo auto-alimentado, consistindo
assim um processo térmico descontrolado ou uma de converter integralmente uma
estrela de nêutrons em matéria estranha em cerca de um segundo ou menos.
Embora ainda não haja provas claras de que
corpos estranhos realmente existem, as observações de explosões de raios gama
ultra brilhantes, mas muito curtas, no Universo, sugerem a existência de
estrelas estranhas. Os pesquisadores argumentaram que a enorme energia
necessária para produzir uma explosão de raios gama poderia ter sido originada
na formação de um buraco negro, mas o grande número de partículas de matéria
convencional nas vizinhanças do buraco negro iria absorver grande parte desta
energia. Por outro lado, a conversão de uma estrela de nêutrons em uma estrela
estranha, no entanto, poderia fornecer a energia necessária, mas sem a matéria
circundante para absorvê-la.
Alguns
especialistas têm sugerido que a ignição que cria a estrela estranha simplesmente
vem da energia do colapso, ou colisão dos raios cósmicos de alta energia com a
estrela. No entanto, se observou que o primeiro mecanismo exige que a estrela
de nêutron tenha uma massa mínima e que o segundo mecanismo seria improvável
para despejar esta energia de ignição no centro das estrelas, local onde seria
necessária para iniciar a reação em cadeia.
Outra
teoria sugere que a energia necessária para converter uma estrela de nêutrons
em uma estrela estranha de quarks, pode vir da aniquilação de partículas de
matéria escura, e como candidatos a compor este tipo de matéria os WIMPs (em
português partículas massivas que interagem
fracamente com a matéria) são os mais
sugestivos.
Físicos Europeus e Americanos, propõem que o
mecanismo de conversão pode ser uma boa maneira de definir um limite inferior
para a massa dos WIMPs, calcularam que o processo de aniquilação de WIMPs, que ao
se acumular no centro de estrelas, poderia fornecer essa energia necessária
para a reação. Se confirmado, este mecanismo forneceria um novo limite inferior
independente para a estimativa da massa de um WIMP. Isso seria estimado algo em
torno de 04 GeV (4 giga elétron-volts), ou
seja, metade da energia mínima que estipulada como necessário para iniciar a
conversão da estrela de nêutrons segundo o processo sugerido (com cada WIMP
fornecendo metade da massa-energia em cada colisão) em uma estrela estranha.
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