Astrofísicos da Goethe University Frankfurt estabeleceram um novo limite para a massa máxima das estrelas de nêutrons:elas não podem exceder 2,16 massas solares.

Desde sua descoberta na década de 1960, os cientistas buscaram responder a uma pergunta importante:Quão massivas podem realmente se tornar as estrelas de nêutrons? Em contraste com os buracos negros, essas estrelas não podem ganhar massa arbitrariamente; além de um certo limite, não há força física na natureza que possa se opor à sua enorme força gravitacional. Pela primeira vez, astrofísicos da Goethe University Frankfurt conseguiram calcular um limite superior estrito para a massa máxima das estrelas de nêutrons.

Com um raio de cerca de 12 quilômetros e uma massa que pode ser duas vezes maior que a do sol, estrelas de nêutrons estão entre os objetos mais densos do universo, produzindo campos gravitacionais comparáveis ​​aos dos buracos negros. Embora a maioria das estrelas de nêutrons tenha uma massa de cerca de 1,4 vezes a do sol, exemplos massivos também são conhecidos, como o pulsar PSR J0348 + 0432 com 2,01 massas solares.

A densidade dessas estrelas é enorme, como se todo o Himalaia estivesse comprimido em uma caneca de cerveja. Contudo, há indicações de que uma estrela de nêutrons com massa máxima entraria em colapso em um buraco negro se apenas um único nêutron fosse adicionado.

Junto com seus alunos Elias Most e Lukas Weih, Professor Luciano Rezzolla, físico, bolsista sênior do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt (FIAS) e professor de Astrofísica Teórica na Goethe University Frankfurt, já resolveu o problema que permaneceu sem resposta por 40 anos:com uma precisão de alguns por cento, a massa máxima das estrelas de nêutrons não rotativas não pode exceder 2,16 massas solares.

A base para este resultado foi a abordagem de "relações universais" desenvolvida em Frankfurt há alguns anos [www.goethe-university-frankfurt.de/60913695/15]. A existência de "relações universais" implica que praticamente todas as estrelas de nêutrons "se parecem, "o que significa que suas propriedades podem ser expressas em termos de quantidades adimensionais. Os pesquisadores combinaram essas" relações universais "com dados sobre sinais de ondas gravitacionais e a radiação eletromagnética subsequente (kilonova) obtida durante a observação no ano passado de duas estrelas de nêutrons em fusão no do experimento LIGO. Isso simplifica os cálculos tremendamente porque os torna independentes da equação de estado. Esta equação é um modelo teórico para descrever a matéria densa dentro de uma estrela que fornece informações sobre sua composição em várias profundidades na estrela. relação, portanto, desempenhou um papel essencial na definição da nova massa máxima.

O resultado é um bom exemplo da interação entre pesquisa teórica e experimental. "A beleza da pesquisa teórica é que ela pode fazer previsões. Teoria, Contudo, precisa desesperadamente de experimentos para reduzir algumas de suas incertezas, "diz o professor Rezzolla." É, portanto, bastante notável que a observação de uma única fusão de estrela de nêutrons binária que ocorreu a milhões de anos-luz de distância, combinada com as relações universais descobertas por meio de nosso trabalho teórico, nos permitiu resolver um enigma que gerou tanta especulação no passado."

Os resultados da pesquisa foram publicados na forma de Carta do Astrophysical Journal . Poucos dias depois, grupos de pesquisa dos EUA e Japão confirmaram os resultados, apesar de até agora ter seguido abordagens diferentes e independentes.

Espera-se que a astronomia de ondas gravitacionais observe mais eventos desse tipo em um futuro próximo, tanto em termos de sinais de ondas gravitacionais quanto nas faixas de frequência mais tradicionais. Isso reduzirá ainda mais as incertezas sobre a massa máxima e levará a uma melhor compreensão da matéria sob condições extremas. Isso será simulado em aceleradores de partículas modernos, por exemplo, no CERN na Suíça ou nas instalações FAIR na Alemanha.