Pesquisadores de ondas gravitacionais da Universidade de Birmingham desenvolveram um novo modelo que promete fornecer novas percepções sobre a estrutura e composição das estrelas de nêutrons.

O modelo mostra que as vibrações, ou oscilações, dentro das estrelas pode ser medido diretamente a partir do sinal da onda gravitacional sozinho. Isso ocorre porque as estrelas de nêutrons se deformarão sob a influência das forças de maré, fazendo-os oscilar em frequências características, e eles codificam informações únicas sobre a estrela no sinal da onda gravitacional.

Isso torna a asteroseismologia - o estudo das oscilações estelares - com ondas gravitacionais de estrelas de nêutrons em colisão uma nova ferramenta promissora para sondar a natureza elusiva da matéria nuclear extremamente densa.

Estrelas de nêutrons são os restos ultradensos de estrelas massivas em colapso. Eles foram observados aos milhares no espectro eletromagnético e ainda pouco se sabe sobre sua natureza. Informações exclusivas podem ser obtidas medindo as ondas gravitacionais emitidas quando duas estrelas de nêutrons se encontram e formam um sistema binário. Previsto pela primeira vez por Albert Einstein, essas ondulações no espaço-tempo foram detectadas pela primeira vez pelo Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) em 2015.

Ao utilizar o sinal da onda gravitacional para medir as oscilações das estrelas de nêutrons, os pesquisadores poderão descobrir novos insights sobre o interior dessas estrelas. O estudo é publicado em Nature Communications .

Dr. Geraint Pratten, do Gravitational Wave Institute da University of Birmingham, é o autor principal do estudo. Ele explicou:"À medida que as duas estrelas giram em torno uma da outra, suas formas são distorcidas pela força gravitacional exercida por seu companheiro. Isso se torna cada vez mais pronunciado e deixa uma marca única no sinal da onda gravitacional.

"As forças de maré agindo nas estrelas de nêutrons excitam as oscilações dentro da estrela, dando-nos uma visão sobre sua estrutura interna. Medindo essas oscilações a partir do sinal da onda gravitacional, podemos extrair informações sobre a natureza fundamental e a composição desses objetos misteriosos que, de outra forma, estariam inacessíveis. "

O modelo desenvolvido pela equipe permite que a frequência dessas oscilações seja determinada diretamente a partir de medições de ondas gravitacionais pela primeira vez. Os pesquisadores usaram seu modelo no primeiro sinal de onda gravitacional observado de uma fusão de estrela de nêutrons binária - GW170817.

Co-autor principal, Dra. Patricia Schmidt, acrescentou:"Quase três anos depois que as primeiras ondas gravitacionais de uma estrela de nêutrons binários foram observadas, ainda estamos encontrando novas maneiras de extrair mais informações sobre eles a partir dos sinais. Quanto mais informações podemos reunir desenvolvendo modelos teóricos cada vez mais sofisticados, mais perto chegaremos de revelar a verdadeira natureza das estrelas de nêutrons. "

Observatórios de ondas gravitacionais de próxima geração planejados para a década de 2030, será capaz de detectar muito mais estrelas de nêutrons binárias e observá-las com muito mais detalhes do que é possível atualmente. O modelo produzido pela equipe de Birmingham dará uma contribuição significativa para essa ciência.

"As informações desse evento inicial eram limitadas, pois havia muitos ruídos de fundo que dificultavam o isolamento do sinal, "diz o Dr. Pratten." Com instrumentos mais sofisticados, podemos medir as frequências dessas oscilações com muito mais precisão e isso deve começar a render alguns insights realmente interessantes. "