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Uma melhor compreensão do funcionamento interno das estrelas de nêutrons levará a um maior conhecimento da dinâmica que sustenta o funcionamento do universo e também pode ajudar a impulsionar a tecnologia futura, disse o professor de física Nicolas Yunes, da University of Illinois Urbana-Champaign. Um novo estudo liderado por Yunes detalha como novos insights sobre como as forças de maré dissipativas dentro de sistemas de estrelas de nêutrons duplas — ou binárias — informarão nossa compreensão do universo.
“Estrelas de nêutrons são os núcleos colapsados de estrelas e objetos materiais estáveis mais densos do universo, muito mais densos e frios do que as condições que os colisores de partículas podem criar”, disse Yunes, que também é o diretor fundador do Illinois Center for Advanced Studies of the Universe. “A mera existência de estrelas de nêutrons nos diz que há propriedades invisíveis relacionadas à astrofísica, física gravitacional e física nuclear que desempenham um papel crítico no funcionamento interno do nosso universo.”
No entanto, muitas dessas propriedades nunca antes vistas tornaram-se observáveis com a descoberta das ondas gravitacionais.
“As propriedades das estrelas de nêutrons são impressas nas ondas gravitacionais que elas emitem. Essas ondas então viajam milhões de anos-luz pelo espaço até detectores na Terra, como o avançado Observatório Europeu de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser e a Colaboração Virgo”, disse Yunes. “Ao detectar e analisar as ondas, podemos inferir as propriedades das estrelas de nêutrons e aprender sobre sua composição interna e a física em jogo em seus ambientes extremos.”
Como físico gravitacional, Yunes estava interessado em determinar como as ondas gravitacionais codificam informações sobre as forças de maré que distorcem o formato das estrelas de nêutrons e afetam seu movimento orbital. Essas informações também podem dizer aos físicos mais sobre as propriedades dinâmicas do material das estrelas, como atrito interno ou viscosidade, “o que pode nos dar insights sobre processos físicos fora do equilíbrio que resultam na transferência líquida de energia para dentro ou para fora de um sistema”, disse Yunes.
Usando dados do evento de onda gravitacional identificado como GW170817, Yunes, junto com os pesquisadores de Illinois Justin Ripley, Abhishek Hegade e Rohit Chandramouli, usaram simulações de computador, modelos analíticos e algoritmos sofisticados de análise de dados para verificar que forças de maré fora do equilíbrio dentro de sistemas binários de estrelas de nêutrons são detectáveis por meio de ondas gravitacionais. O evento GW170817 não foi alto o suficiente para produzir uma medição direta da viscosidade, mas a equipe de Yunes foi capaz de colocar as primeiras restrições observacionais sobre quão grande a viscosidade pode ser dentro de estrelas de nêutrons.
Os resultados do estudo foram publicados na revista Astronomia da Natureza.
“Este é um avanço importante, particularmente para o ICASU e a U. of I.”, disse Yunes. “Nos anos 70, 80 e 90, Illinois foi pioneira em muitas das principais teorias por trás da física nuclear, particularmente aquelas conectadas a estrelas de nêutrons. Este legado pode continuar com o acesso aos dados dos detectores avançados LIGO e Virgo, as colaborações possibilitadas pelo ICASU e as décadas de expertise em física nuclear já em vigor aqui.”
A Bolsa de Conclusão de Dissertação da Faculdade de Pós-Graduação da Universidade de Illinois e a National Science Foundation apoiaram este estudo.
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