Ondas gravitacionais podem solucionar mistério sobre explosão de supernovas

Ondas gravitacionais podem solucionar mistério sobre explosão de supernovas

Por Daniele Cavalcante | 09 de Setembro de 2020 às 11h50
Greg Stewart/SLAC National Accelerator Lab

Explosões de supernovas são, além de extremamente poderosas, um dos eventos cósmicos mais importantes, já que elas são necessárias para o nascimento de novos mundos. Embora os cientistas saibam algumas coisas sobre esse processo, algumas peças estão faltando e nem os modelos computacionais são capazes de simular todos os detalhes. Mas isso pode ser resolvido em breve, de acordo com um novo estudo.

Não é fácil explicar o que acontece dentro desses corpos massivos em colapso, perto do fim de suas vidas — até porque a oportunidade de assistir à morte de uma estrela não aparece a qualquer momento. Mas os pesquisadores já sabem que as estrelas se alimentam através da fusão nuclear, ou seja, esmagando elementos mais leves em seu interior, até convertê-los em elementos mais pesados.

O quebra-cabeças incompleto da supernova

Supernova 1987A (Imagem: ESO/L. Calçada)

Este processo é chamado nucleossíntese estelar, e implica que um ou mais núcleos atômicos se juntam para forma outro núcleo de maior número atômico. A fusão nuclear requer muita energia para acontecer, e geralmente libera muito mais energia do que a que consome. Nos últimos momentos de vida, uma estrela tem um núcleo de ferro rodeado por uma série de camadas de elementos mais leves, já se esgotando. O ferro não pode ser fundido em outros elementos mais pesados, então a estrela não está mais liberando energia, embora seu núcleo continue sendo espremido. O colapso é iminente.

A pressão resulta em prótons transformando-os em nêutrons, surgindo assim uma bola capaz de interromper brevemente o colapso, provocando a explosão. É desse momento que faltam peças para melhor compreender todo o processo. Essa conversão de prótons em nêutrons libera uma vasta quantidade de pequenas partículas chamadas como neutrinos, mas não se sabe exatamente se esses neutrinos seriam parte do mecanismo que fomenta a explosão. Também pode ser que haja outra fonte de energia, um plasma de partículas fundamentais chamado plasma de quark-gluon.

Esse plasma poderia ser a última consequência da pressão sobre os prótons e nêutrons, gerando a energia necessária para alimentar a supernova. Mas desvendar esses processos através de observação é praticamente impossível, então os pesquisadores pensaram em outro método para encontrar a peça que falta para o quebra-cabeças.

Ondas gravitacionais

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

De acordo com um estudo recente, pode ser que todo esse processo seja “impresso” em detalhes nas ondas gravitacionais geradas da supernova. Essas ondas de frequência bem alta e amplitude elevada durariam apenas alguns milissegundos, mas poderia ser o suficiente para nos dar alguma informação sobre o que aconteceu nos momentos antes da explosão.

No artigo, os pesquisadores relataram pela primeira vez a transição de fases entre a divisão dos prótons e nêutrons do núcleo estelar em seus componentes, os quark e glúons. Essa transição é chamada de fase QCD. De acordo com a pesquisa, a fase QCD é “gravada” na onda gravitacional emitida pela supernova e nos sinais de neutrinos, mostrando que esses dois elementos podem se tornar essenciais no estudo de supernovas.

Além disso, os cientistas mostraram que a quebra de prótons e nêutrons em quark-glúon no núcleo estelar fornece, de fato, uma fonte de energia viável para desencadear o processo de explosão da supernova. Mas para comprovar a ideia, será necessário detectar futuras ondas gravitacionais que coincidam com uma explosão de neutrinos.

Embora ainda seja muito difícil fazer a detecção desses sinais hoje em dia, os futuros instrumentos poderão ser capazes de realizar a tarefa. O estudo foi relatado em um artigo do Professor Ming-chung Chu e do Dr. Lap-Ming Lin, da Universidade Chinesa de Hong Kong (CUHK), além do Dr. Shuai Zha e dos professores Evan O'Connor e Sean M. Couch.

Fonte: Universe Today, Nanowerk

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