Às vezes, a ciência pode ser fortuita.

Certamente esse foi o caso quando o ex-professor da UConn Greg Huber encontrou uma imagem em um jornal de física que parecia uma pilha, camadas uniformemente espaçadas de uma garagem de estacionamento de vários andares. Uma equipe de pesquisadores estava anunciando que tais estruturas podem existir nas profundezas da crosta externa das estrelas de nêutrons como uma forma de massa nuclear. (Mais sobre isso mais tarde.)

Para Huber, a imagem era algo completamente diferente. Foi uma exibição clássica de estruturas microscópicas encontradas no citoplasma celular que ele e seus colegas da UConn ajudaram a descobrir vários anos antes. Em um artigo de 2014, Huber os apelidou de 'rampas Terasaki' em homenagem ao biólogo celular da UConn Mark Terasaki, seu ex-colega (e vizinho de West Hartford), quem foi o primeiro a identificá-los.

Mas essas novas estruturas estavam muito longe de casa. Como as formas surpreendentemente semelhantes começaram a aparecer tanto em pequenas células vivas na Terra quanto em estrelas de nêutrons inanimadas maciçamente densas a milhares de anos-luz de distância, Huber fascinado. Ele contatou o pesquisador sênior da publicação do jornal, Charles Horowitz, um físico nuclear da Universidade de Indiana, que por acaso era um dos ex-professores de Huber quando ele frequentou o MIT. (Mais serendipidade?)

Depois que Huber e Horowitz falaram, eles perceberam os benefícios potenciais de uma colaboração. A investigação das semelhanças estruturais aparece este mês no jornal Revisão Física C .

"Eu basicamente disse a ele (Horowitz) que vemos coisas muito semelhantes no retículo endoplasmático de células eucarióticas, "diz Huber, um biofísico de matéria mole que agora atua como vice-diretor do Instituto Kavli de Física Teórica da Universidade da Califórnia, Santa Barbara. "Vemos as mesmas placas com espaçamento uniforme conectadas por rampas em espiral (as garagens de estacionamento). Também vemos junções tubulares de três vias semelhantes com ângulos de 120 graus exatamente como estavam vendo."

Acredita-se que as rampas Terasaki encontradas nas células ajudam a maximizar a síntese de proteínas, fornecendo uma área de superfície maior para que os ribossomos se agrupem e construam proteínas.

As estruturas de 'garagem' encontradas nas estrelas de nêutrons parecem desempenhar um papel muito diferente.

Embora os motivos estruturais da estrela de nêutrons pareçam quase idênticos aos Huber e Terasaki encontrados dentro das células, as escalas físicas e os níveis de energia estão fora dos gráficos. Estrelas de nêutrons se formam quando estrelas maiores morrem e colapsam sobre si mesmas. Eles são as menores e mais densas estrelas que existem. A única coisa mais densa é um buraco negro. A crosta externa de uma estrela de nêutrons é 14 ordens de magnitude mais densa do que o ambiente aquoso de uma célula. O campo gravitacional da estrela é 2 × 10¹¹ vezes maior que o encontrado na Terra, e estrelas de nêutrons podem girar várias centenas de vezes por segundo.

A biologia em escala celular, por outro lado, depende de o que nos parece, um ambiente relativamente mundano dominado pela entropia da água e a montagem de biomoléculas. Os dois objetos não poderiam ser mais diferentes em termos de escalas de temperatura, escalas de pressão, escalas de comprimento, etc, diz Huber. Ainda geometricamente, suas estruturas semelhantes às de garagem de 'rampa Terasaki' parecem as mesmas.

"Na física, muitas vezes vemos que a natureza usa formas semelhantes, embora os materiais subjacentes sejam completamente diferentes, "diz Huber." Há um padrão que é mais profundo do que os detalhes das coisas que o compõem. "

A pesquisa de Huber e Horowitz levantou questões intrigantes.

Uma de suas conclusões iniciais foi que as formas da rampa Terasaki podem ser ditadas tanto pelas regras de geometria quanto por qualquer outra coisa, e pode ser independente de outras considerações microscópicas.

Em estrelas de nêutrons, as estruturas podem reduzir a condutividade elétrica e térmica na crosta da estrela, impactar a forma como a crosta esfria, e possivelmente desempenhe um papel na eventual decadência dos campos magnéticos da estrela, Huber e Horowitz dizem. Ou não. Alternativamente, as folhas em camadas e as rampas helicoidais podem permitir que os prótons se infiltrem por todo o sistema externo da estrela de nêutrons, tornando-o supercondutor.

Este estudo inicial, Huber diz, é apenas o começo de um novo caminho para a pesquisa.

Com estrelas de nêutrons tão distantes, físicos nucleares como Horowitz contam com modelos avançados de computador para ilustrar suas várias teorias. As diferentes estruturas que foram identificadas nas estrelas de nêutrons são conhecidas como 'massa nuclear' devido às suas formas semelhantes a massa. Há uma fase de espaguete em forma de fita, uma fase de lasanha semelhante a uma folha, e até mesmo uma fase de nhoque compacta. As diferentes fases se formam em uma intensa região de transição entre a camada externa da estrela e o núcleo ultradenso.

Mas agora que uma conexão foi feita com rampas Terasaki, os físicos nucleares deveriam ser capazes de tomar emprestadas idéias dos estudos em nível celular que estão sendo feitos para aprimorar sua própria modelagem de como as forças físicas estão moldando algo tão grande e desconhecido quanto estrelas de nêutrons.

"Uma maneira de ver isso é que a física usa estruturas repetidamente, "diz Huber." É quase como se a física reciclasse estruturas e motivos fundamentais. As mesmas equações aparecem apesar do que o sistema é. Vemos padrões semelhantes, apesar das enormes disparidades de escala e energia. Usando essas novas informações, podemos fazer modelos melhores que podem nos ajudar a aprender mais sobre por que a crosta de uma estrela de nêutrons se comporta de determinada maneira. "

Já foi dito que todos nós temos uma certa dívida de gratidão para com as estrelas, como os elementos fundamentais da vida - hidrogênio, oxigênio, ferro, carbono - veio de poeira estelar. Mas Huber e seus colegas ficam felizes em deixar perguntas sobre nossa interconexão universal para os filósofos. Por enquanto, o foco deles é 'macarrão, '' Rampas Terasaki, 'e aquelas misteriosas estrelas de nêutrons girando no céu.