Simulações de Fusão de Estrelas de Nêutrons Revelam Papel Crucial dos Neutrinos

Quando estrelas colapsam, a interface onde as estrelas começam a se fundir torna-se extremamente quente. Se duas estrelas colapsam próximas uma da outra, as estrelas de nêutrons binárias resultantes espiralam e eventualmente colidem. Novas simulações mostram que neutrinos quentes – partículas minúsculas que raramente interagem com outras matérias – criados durante a colisão podem ficar presos nessas interfaces por 2 a 3 milissegundos. Durante esse tempo, os neutrinos interagem fracamente com a matéria das estrelas, ajudando a levar as partículas de volta ao equilíbrio, oferecendo novos insights sobre a física desses eventos poderosos.

Um artigo descrevendo essas simulações foi publicado na revista *Physical Review Letters* por uma equipe liderada por físicos da Penn State. Em 2017, foram observados sinais de uma fusão de estrelas de nêutrons binárias, incluindo ondas gravitacionais. Esses eventos são tão extremos que não podem ser reproduzidos em laboratório, sendo as simulações baseadas na teoria da relatividade geral de Einstein a melhor forma de estudá-los. Estrelas de nêutrons são compostas quase inteiramente de nêutrons, resultantes da fusão de prótons e elétrons devido à sua incrível densidade.

Uma estrela de nêutrons típica tem dezenas de quilômetros de diâmetro, mas uma massa uma vez e meia maior que a do Sol. Uma colher de chá de material de estrela de nêutrons pode pesar milhões de toneladas. Antes da fusão, as estrelas de nêutrons são frias, mas sua densidade faz com que o calor contribua pouco para a energia do sistema. Quando colidem, a interface pode atingir trilhões de graus Kelvin. Devido à alta densidade, os fótons não podem escapar, e o resfriamento ocorre pela emissão de neutrinos.

As simulações mostraram que, por breves instantes, os neutrinos podem ficar presos pelo calor e densidade da fusão, interagindo com a matéria das estrelas. Esse período fora de equilíbrio, de 2 a 3 milissegundos, é quando ocorre a física mais interessante. Após retornar ao equilíbrio, a física é mais bem compreendida. As interações durante a fusão podem impactar os sinais observados na Terra. Como os neutrinos interagem e são emitidos pode afetar as oscilações dos remanescentes fundidos das estrelas, influenciando os sinais de ondas eletromagnéticas e gravitacionais observáveis.

Detectores de ondas gravitacionais de próxima geração poderiam ser projetados para detectar essas diferenças de sinal, tornando as simulações cruciais para entender esses eventos extremos e orientar futuros experimentos e observações. Além de Espino e Radice, a equipe inclui pesquisadores de várias instituições, como a Friedrich-Schiller-Universität Jena na Alemanha e a Università di Trento na Itália.