Pasta Nuclear: A substância mais dura (des)conhecida no Universo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  02/10/2018

O "macarrão nuclear" tem uma densidade calculada em 10³⁰ ergs/cm³ - 1 erg equivale a 1 grama × centímetro²/segundo². [Imagem: Matthew E. Caplan et al.(2018)]

Material mais forte do Universo

As estrelas de nêutrons nascem após as supernovas, uma implosão que comprime um objeto do tamanho do Sol para o tamanho de uma cidade, o que torna esses corpos celestes cem trilhões de vezes mais densos do que qualquer coisa na Terra. Sua imensa gravidade transforma suas camadas externas em uma espécie de "super-sólido", tornando as estrelas de nêutrons semelhantes à terra em termos de contar com uma crosta fina envolvendo um núcleo pastoso ou líquido.

Astrofísicos conseguiram agora calcular a resistência do material dentro da crosta das estrelas de nêutrons.

O resultado não surpreendeu: É o material mais forte conhecido no Universo, onde "conhecido" merece várias aspas, já que de fato só vislumbramos sua existência e sua natureza por simulações teóricas.

Essa alta densidade faz com que o material que compõe uma estrela de nêutrons tenha uma estrutura única. Os astrofísicos referem-se a ela como pasta nuclear - massa nuclear também é aceito, com ambos os termos no sentido de "macarrão nuclear".

Abaixo da crosta, forças concorrentes entre os prótons e os nêutrons fazem com que essas partículas se agrupem em formas tais como cilindros longos ou fitas planas, que são conhecidas na literatura como "lasanha" e "espaguete" - daí o nome "massa nuclear". Juntas, as enormes densidades e formas estranhas tornam a massa nuclear incrivelmente rígida.

Esta é pasta nuclear tipo lasanha. [Imagem: Matthew E. Caplan et al.(2018)]

Física interessante

A simulações de computador, que exigiram 2 milhões de horas de tempo de processador, o equivalente a 250 anos em um laptop com uma única boa GPU, permitiram esticar e deformar o macarrão cósmico até níveis profundos na crosta da estrela de nêutrons.

Valeu a pena, porque os resultados serão úteis em várias áreas de pesquisa.

"A força da crosta da estrela de nêutrons, especialmente a parte inferior da crosta, é relevante para um grande número de problemas astrofísicos, mas não é bem compreendida," explicou Matthew Caplan, da Universidade McGill (Canadá), que fez os cálculos em colaboração com colegas da Universidade de Indiana e do Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA).

"Nossos resultados são valiosos para astrônomos que estudam estrelas de nêutrons. Sua camada externa é a parte que realmente observamos, por isso precisamos entendê-la para interpretar observações astronômicas dessas estrelas," acrescentou Caplan.

Os resultados também vão ajudar os astrofísicos a entender melhor as ondas gravitacionais, como as detectadas no ano passado, quando duas estrelas de nêutrons colidiram. Os resultados desta nova simulação sugerem que mesmo estrelas de nêutrons isoladas podem gerar pequenas ondas gravitacionais.

"Um monte de física interessante está acontecendo aqui sob condições extremas, e entender as propriedades físicas de uma estrela de nêutrons é uma maneira de os cientistas testarem suas teorias e modelos," disse Caplan. "Com esse resultado, muitos problemas precisam ser revisitados. Até que tamanho uma montanha pode se erguer sobre uma estrela de nêutrons antes que a crosta se rompa e colapse? Como será isso? E o mais importante, como os astrônomos podem observar isto?"

Bibliografia:

The Elasticity of Nuclear Pasta
Matthew E. Caplan, A. S. Schneider, C. J. Horowitz
Physical Review Letters
Vol.: Accepted paper
https://arxiv.org/abs/1807.02557/