Neutrinos: o impacto surpreendente em colisões de estrelas de nêutrons

Partículas diminutas e de interação sutil, conhecidas como neutrinos, podem exercer uma influência considerável durante o cataclísmico encontro de duas estrelas de nêutrons.

Estrelas de nêutrons, os densos remanescentes de explosões de supernovas, concentram uma massa superior à do Sol em um espaço de poucos quilômetros. Esse fenômeno dá origem a kilonovas, eventos que irradiam energia intensa e produzem ondas gravitacionais, além de elementos pesados como ouro e platina.

Os neutrinos, por sua vez, são partículas subatômicas, de carga neutra e massa quase inexistente, interagindo minimamente com a matéria. Apresentam-se em três “sabores” distintos: eletrônico, muônico e tauônico, com a peculiaridade de poderem oscilar entre estes estados durante sua jornada. Gerados em abundância em reações nucleares e eventos de alta energia, os neutrinos parecem ter um papel muito maior do que se imaginava.

Um estudo recente revelou que os neutrinos podem desempenhar um papel significativo nas colisões estelares. A maneira como os diferentes tipos de neutrinos interagem com as partículas circundantes pode impactar a dinâmica da fusão e até mesmo a composição final dos elementos resultantes. Essa descoberta sugere que os neutrinos contribuem para a redistribuição de elementos pelo cosmos.

Estrelas de Nêutrons

Estrelas de nêutrons são corpos celestes extremamente densos, formados pelo colapso gravitacional do núcleo de uma estrela massiva após uma explosão de supernova. Quando uma estrela, com uma massa de 8 a 25 vezes a do Sol, esgota seu combustível nuclear, a pressão interna se torna insuficiente para resistir à gravidade. O núcleo entra em colapso, comprimindo prótons e elétrons em nêutrons através da captura eletrônica.

A estrutura interna dessas estrelas consiste em uma crosta sólida de núcleos atômicos e um interior onde os nêutrons se comportam como um fluido quântico. Em seu núcleo, podem existir partículas exóticas como híperons ou até mesmo quarks livres, dependendo das condições de densidade e pressão. Além disso, as estrelas de nêutrons exibem campos magnéticos e giram a velocidades extremas, emitindo feixes de radiação periódicos que as tornam visíveis como pulsares.

Neutrinos

Os neutrinos são partículas elementares extremamente leves e neutras, pertencentes à família dos léptons, como os elétrons. Eles interagem apenas por meio da força fraca e da gravidade e, por causa disso, são difíceis de serem detectados. Um número imenso deles atravessa nossos corpos a cada segundo, sem que percebamos. Eles são produzidos em grandes quantidades em reações nucleares, em explosões de supernova e em aceleradores de partículas.

Essas partículas podem possuir três “sabores”: o neutrino eletrônico, o neutrino muônico e o neutrino tauônico. Diferente de outras partículas, os neutrinos conseguem mudar o tipo conforme viajam pelo espaço, algo chamado de oscilação de sabores. O estudo dessas oscilações é importante para entender vários fenômenos como a assimetria da matéria e antimatéria e também entender o processo de colisão de estrelas de nêutrons.

Sabores de Neutrinos Alteram as Colisões

Um novo estudo, embasado em simulações computacionais, considerou a mistura de sabores dos neutrinos e suas interações com a matéria circundante. Os resultados indicaram que essa mistura pode influenciar significativamente o processo de colisão de estrelas de nêutrons. Este fenômeno pode impactar a formação de elementos mais pesados e alterar a quantidade de radiação emitida.

As análises revelaram que apenas os neutrinos eletrônicos conseguem colidir com um nêutron para formar um próton e um elétron. Quando ocorre a mistura de sabores, o número de nêutrons disponíveis para a formação de novos elementos aumenta, permitindo a criação de mais elementos pesados. A quantidade de raios X emitidos e o formato das ondas gravitacionais geradas pela colisão também são afetados.

Partículas Quase Fantasmas

A descoberta é notável, dado que os neutrinos são frequentemente negligenciados em muitos processos devido à sua fraca interação. Apelidados de “partículas fantasmas”, por muito tempo se acreditou que eles não possuíam massa. O fato de que os neutrinos desempenham um papel tão importante no resultado da colisão de estrelas de nêutrons e na formação de elementos pesados é surpreendente.

Nas últimas décadas, novas descobertas têm revelado aspectos intrigantes sobre os neutrinos e seu papel no Universo. No século atual, confirmou-se que os neutrinos possuem uma pequena massa e podem oscilar entre diferentes tipos. Anteriormente, sua natureza quase invisível e ausência de carga elétrica levaram muitos a considerá-los possíveis candidatos à matéria escura.

Fonte: www.tempo.com