Cientistas usam acelerador de partículas para entender melhor as supernovas

Cientistas usam acelerador de partículas para entender melhor as supernovas

Por Daniele Cavalcante | 10 de Novembro de 2020 às 09h45
Aaron M. Geller, Northwestern University

Um experimento realizado no acelerador de partículas francês GANIL (sigla para Grand Accélérateur National d'Ions Lourds), na cidade de Caen, tenta decifrar alguns dos mistérios de uma supernova, inclusive o papel dos neutrinos — popularmente conhecidos como “partículas fantasmas” — na evolução dessas estrelas explosivas.

Capazes de viajar pelo universo sem interagir com quase nenhuma matéria, os neutrinos ainda são pouco compreendidos. Eles são semelhantes aos elétrons, exceto pelo fato de que não possuem carga elétrica e são muito menores, com cerca de 4 milionésimos da massa do elétron. Além disso, são altamente voláteis e não são afetados por campos magnéticos.

Supernovas são estrelas em colapso, e embora cientistas saibam algumas coisas sobre esse processo, ainda há muito para compreendermos. Por exemplo, a pressão na estrela momentos antes da explosão resulta em elétrons nos átomos combinando-se com os prótons em seus núcleos, o que libera uma vasta quantidade de prótons junto de neutrinos, mas não se sabe exatamente se esses neutrinos seriam parte do mecanismo que fomenta a explosão, que acontece logo em seguida. Pode ser que haja outra fonte de energia envolvida, um plasma de partículas fundamentais chamado plasma de quark-gluon.

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Impressão artística de uma supernova (Imagem: University of Warwick/Mark Garlick)

Bem, isso já diz muito sobre a importância dos neutrinos no processo de evolução nos momentos finais de uma estrela, na transição para a supernova. Aliás, 99% da energia emitida por uma supernova está na forma de neutrinos, a explosão característica das supernovas é "conduzida" por neutrinos. Mas qual o papel exato deles na mecânica dessa transformação estelar? O que realmente acontece dentro da estrela?

Quando o núcleo da estrela entra em colapso, os neutrinos podem ser capturados por nêutrons livres, um processo que provavelmente influencia a evolução da supernova. Para se aprofundar nesse assunto, físicos nucleares estão estudando a concentração de nêutrons na matéria nuclear excitada (ou seja, em um estado de elevação no nível de energia), usando colisões de íons pesados ​​no acelerador de partículas GANIL.

No acelerador de partículas, os núcleos leves (tais como os isótopos deutérios e de hélio-3) são criados como prótons e nêutrons agregados durante a colisão entre os núcleos do projétil e os núcleos alvo. Os pesquisadores pretendem com o experimento reunir as propriedades termodinâmicas que regem à agregação de nêutrons e prótons na matéria nuclear com uma densidade semelhante à das supernovas de colapso do núcleo.

Usando o detector INDRA (Nucleus Identification and High-Resolution Detection) do GANIL, os pesquisadores determinaram as constantes de equilíbrio dos agregados de nêutrons e prótons, usando medições feitas em seis núcleos leves. Esses valores foram comparados com um cálculo teórico, mas estão sujeitos a um alto grau de incerteza e, para a precisão, outros experimentos serão realizados em elementos mais pesados.

Fonte: Phys.org

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