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Estrela de nêutrons fornece a evidência direta para um tipo bizarro de matéria nuclear
Frio. A estrela de nêutons Cassiopeia A, esfria em uma taxa alarmante e a única explicação para isso é que o material no interior da estrela está se transformando em um "superfluido", relatam duas equipes. Creditos: X-ray: NASA/CXC/xx; Optical: NASA/STScI; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss
por Adrian Cho em 25 de Fevereiro de 2011, 14:42
Por mais de 50 anos, os astrofísicos têm especulado que dentro de uma estrela de nêutrons superdensa, a matéria nuclear pode fluir sem qualquer resistência – como a eletricidade faz no interior de materiais supercondutores. Agora, as duas equipes dizem ter evidências diretas de tais "superfluidades" bizarras em uma estrela de nêutrons, e outros pesquisadores parecem convencidos. "Eu acho que é uma reivindicação defensável", diz Krishna Rajagopal teórico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts em Cambridge. "A única explicação [da observação] que eu saiba é o apresentado nos documentos."
Supercondutividade Ordinária é estranha. Quando alguns metais são refrigerados a quase zero absoluto, os elétrons neles são difíceis de quebrar "os chamados pares de Cooper", que fluem sem resistência. Em 1959, apenas dois anos após físicos terem descoberto a supercondutividade, alguns deles propuseram que o emparelhamento semelhante pode acontecer dentro de estrelas incrivelmente quentes, como estrelas de nêutrons altamente pressurizados. O núcleo de uma estrela massiva que morreu na explosão de uma supernova, uma estrela de nêutrons consiste de nêutrons temperados com alguns prótons e elétrons, e compacta a massa de um ou dois sóis em um espaço com menos de 20 quilômetros de diâmetro.
Os cientistas têm acumulado evidências indiretas para o emparelhamento de superfluidez. Por exemplo, estrelas de nêutrons girando "chamadas pulsares" emitem fluxos de pulsos eletromagnéticos. Normalmente com incrível estabilidade, que pulsa várias vezes e acelera abruptamente. Essas "falhas de pulsar" provável resultado das interações breves entre crosta sólida da estrela de nêutrons no interior superfluido.
Agora, duas equipes de físicos dizem que têm mais evidências diretas para a superfluidez no coração de uma estrela de nêutrons. Os dados vêm do Chandra X-ray Observatory em órbita, que entre 2000 e 2009 fizeram observações ocasionais de Cassiopeia A (Cas A), uma estrela de nêutrons a 11.000 anos-luz da Terra, localizada em nossa Via Láctea. Cas A nasceu em uma explosão de supernova que os astrônomos podem ter descoberto 330 anos atrás. As observações mostram que a temperatura está caindo em ritmo alarmante: de 2,12 milhões para 2,04 milhões K, ou 4%, em 10 anos.
Essa enorme taxa de resfriamento mostra que os pares de Cooper estão se formando, diz Dany Page, um astrofísico teórico na Universidade Nacional Autônoma do México, na Cidade do México. Em 2009, Page e seus colegas previam que uma estrela de nêutrons, que resfria, emitindo partículas chamadas neutrinos, devem ser submetidas a um súbito aumento de resfriamento, quando começa a formar pares de nêutrons. Isso porque quando dois nêutrons formam um par, eles liberam energia para produz mais neutrinos. Os pesquisadores esperavam para demonstrar um breve período de resfriamento intenso através da medição da temperatura das estrelas de nêutrons em diferentes idades.
Então eles tiveram sorte. No ano passado, Ho Wynn, da Universidade de Southampton, no Reino Unido e Craig Heinke, da Universidade de Alberta em Edmonton, no Canadá, descobriram que os dados do Chandra mostraram Cas A se resfriando muito rapidamente, que se podia medir a mudança. Então, ao invés de olhar para várias estrelas de nêutrons muitos pesquisadores precisaram olhar somente esta. "Esta é definitivamente a primeira vez que temos sido capazes de ver uma mudança de temperatura sensível de uma estrela de nêutrons", diz Andrew Steiner, astrofísico nuclear na Michigan State University em East Lansing e membro da equipe de Page.
Os pesquisadores acham que podem explicar se o índice maciço Cas A é de arrefecimento, se os nêutrons da estrela (e, separadamente, alguns prótons) estão em emparelhamento, uma vez que o relatório desta semana na Physical Review Letters. O arrefecimento deve ser um feroz surto recente, diz Page, porque do contrário a estrela teria que ter começado "incrivelmente quente." Da mesma forma, não pode durar para sempre porque Cas A ficaria muito mais fria do que as estrelas de nêutrons geralmente ficam. Ho, Heinke, e os colegas relatam uma análise semelhante em um artigo na imprensa, no Monthly Notices da Royal Astronomical Society.
O ouro real está na própria observação, Rajagopal diz. "Para ver uma estrela de nêutrons em arrefecimento diante de seus olhos é uma descoberta tremenda", diz ele. Page diz que se os pesquisadores continuarem assistindo Cas A por algumas décadas, eles devem ver o resfriamento lento com todos os nêutrons se acoplando e emissões de neutrinos extra desaparecer.
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