A massa máxima da estrela de nêutrons não rotativa inferida com precisão é de 2,25 massas solares

A linha vermelha representa a distribuição de massa mais adequada, ou seja, uma mistura gaussiana de dois componentes com um corte acentuado de M_max =2,28M⊙, das 136 estrelas de nêutrons com medições de massa gravitacional. Aqui pegamos 1.000 amostras posteriores independentes (as linhas cinzas) para fornecer um guia visual para as incertezas. A inserção mostra P(M_max ), a distribuição posterior de M_max . Crédito:Revisão Física D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.043052

Um estudo liderado pelo Prof. Fan Yizhong do Observatório da Montanha Púrpura da Academia Chinesa de Ciências alcançou uma precisão significativa na determinação do limite superior de massa para estrelas de nêutrons não rotativas, um aspecto fundamental no estudo da física nuclear e da astrofísica.

Os pesquisadores mostraram que a massa gravitacional máxima de uma estrela de nêutrons não rotativa é de aproximadamente 2,25 massas solares, com uma incerteza de apenas 0,07 massas solares. O estudo deles foi publicado na Physical Review D .

O destino final de uma estrela massiva está intrinsecamente ligado à sua massa. Estrelas mais leves que oito massas solares terminam o seu ciclo de vida como anãs brancas, apoiadas pela pressão de degenerescência electrónica com um limite de massa superior bem conhecido, o limite de Chandrasekhar, perto de 1,4 massas solares.

Para estrelas mais pesadas que oito, mas mais leves que 25 massas solares, serão produzidas estrelas de nêutrons, que, em vez disso, são sustentadas principalmente pela pressão de degeneração de nêutrons. Para estrelas de nêutrons não rotativas, também existe uma massa gravitacional crítica (ou seja, M_TOV ) conhecido como limite de Oppenheimer, acima do qual a estrela de nêutrons entrará em colapso em um buraco negro.

Estabelecer um limite preciso de Oppenheimer é bastante desafiador. Apenas limites flexíveis podem ser definidos com base no primeiro princípio. Muitas avaliações específicas são fortemente dependentes do modelo. O M_TOV resultante são diversos e as incertezas são grandes.

A equipe do Prof. Fan refinou a inferência de M_TOV incorporando observações robustas de vários mensageiros e dados confiáveis de física nuclear, contornando as incertezas presentes em modelos anteriores. Isso inclui aproveitar os avanços recentes nas medições de massa/raio dos detectores de ondas gravitacionais LIGO/Virgo e do Explorador de Composição Interior da estrela de nêutrons (NICER).

Em particular, eles incorporaram a informação do corte de massa máximo inferido da distribuição de massa da estrela de nêutrons e estreitaram significativamente o espaço de parâmetros, levando a uma precisão sem precedentes no M_TOV inferido. . Três modelos diversos de reconstrução de equações de estado (EoS) foram empregados para mitigar possíveis erros sistemáticos, produzindo resultados quase idênticos para M_TOV e o raio correspondente, que é de 11,9 km com uma incerteza de 0,6 km em três abordagens independentes de reconstrução EoS.

A avaliação precisa do M_TOV traz implicações profundas tanto para a física nuclear quanto para a astrofísica. Isto indica uma EoS moderadamente rígida para a matéria estelar de nêutrons e sugere que os objetos compactos com massas na faixa de aproximadamente 2,5 a 3,0 massas solares, detectados pelo LIGO/Virgo, têm maior probabilidade de serem os buracos negros mais leves. Além disso, os restos da fusão de sistemas binários de estrelas de nêutrons excedendo uma massa total de aproximadamente 2,76 massas solares entrariam em colapso em buracos negros, enquanto sistemas mais leves resultariam na formação de estrelas de nêutrons (supramassivas).

Mais informações: Yi-Zhong Fan et al, Massa gravitacional máxima MTOV=2,25−0,07+0,08M⊙ inferida com cerca de 3% de precisão com dados multimensageiros de estrelas de nêutrons, Revisão Física D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.043052. No arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2309.12644
Informações do diário: Revisão Física D , arXiv

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências

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