Estrela de neutrões

Estrelas de nêutrons são uma das coisas

Mais extremas e violentas do universo.

Núcleos atômicos gigantes com apenas alguns quilômetros

De diâmetro, mas como quatro estrelas maciças, e eles devem sua existência à morte de algo majestoso.

[Música da abertura]. Estrelas existem por causa de um frágil equilíbrio. A massa de milhões e bilhões e trilhões de toneladas de plasma quente estão sendo puxados para dentro pela gravidade, e espremendo o material com tanta força que os núcleos se fundem. O hidrogênio se funde em hélio. Isso libera energia, que empurra contra a gravidade e tenta escapar. Enquanto esse equilíbrio existir, as estrelas serão bem estáveis. Eventualmente, o hidrogênio acabará. Estrelas médias, como o nosso Sol, passam por uma fase gigante queimando hélio em carbono e oxigênio antes de se transformarem em estrelas anãs. Mas nas estrelas com massa maior que a do nosso Sol, as coisas ficam interessantes quando o hélio se esgota.

Por um momento, o equilíbrio entre pressão e radiação acaba e a gravidade vence, pressionando a estrela mais do que antes. O núcleo queima mais quente e mais rápido, enquanto as outras camadas da estrela incham centenas de vezes, fundindo elementos cada vez mais pesados. O carbono queima e se transforma em neônio em séculos, o neônio em oxigênio em um ano, oxigênio em silício em meses, e silício em ferro em um dia. E depois morre. Ferro é cinza nuclear. Não tem nenhuma energia para dar e não pode ser fundido. A fusão repentinamente para e o equilíbrio acaba. Sem a pressão externa da fusão, o núcleo é esmagado pelo enorme peso da estrela acima dele. O que acontece agora é incrível e assustador. Partículas, como elétrons e prótons, realmente não querem estar perto uma da outra.

mas a pressão da estrela em colapso é tão alta que elétrons e prótons fundem em nêutrons, que então se espremem tão firmemente quanto no núcleo atômico. Uma bola de ferro, do tamanho da Terra, é espremido em uma bola de pura matéria nuclear, do tamanho de uma cidade. Mas não apenas o núcleo, a estrela inteira implode, com a gravidade puxando as camadas externas a 25% da velocidade da luz. Essa implosão ricocheteia o núcleo de ferro, produzindo uma onde de choque que explode e lança o resto da estrela para o espaço. Isso é o que chamamos de explosão de uma supernova, e que ofuscará galaxias inteiras. O que sobra da estrela é agora uma estrela de nêutrons. Sua massa é cerca de milhões de vezes a massa da Terra, mas comprimida em um objeto com cerca de 25 quilômetros de largura. E tão densa que a massa de todos os humanos vivos preencheria um centímetro cúbico da matéria da estrela de nêutron. Isso é aproximadamente um bilhão de toneladas no espaço de um cubo de açúcar. Colocando de outra forma, é o monte Everest em um copo de café.

Do lado de fora, uma estrela de nêutron é inacreditavelmente extrema. Sua gravidade é a mais forte, sem contar os buracos negros, e, se fosse mais denso, se tornaria um. A luz é curvada ao seu redor, ou seja, você pode ver a frente e partes de trás. Sua superfície chega a 1 milhão de graus Celsius, em comparação aos míseros 6 mil graus do nosso Sol. Bem, vamos ver como é dentro de uma estrela de nêutron.

Embora esses núcleos atômicos gigantes sejam estrelas,

De várias maneiras, eles são como planetas, com crostas sólidas por cima de um núcleo líquido.

A crosta é extremamente dura. As camadas mais externas são feitas de ferro que sobrou da supernova, espremido em uma treliça de cristal, com um mar de elétrons fluindo através deles. Aprofundando, a gravidade aperta os núcleos mais próximos. Encontramos menos e menos prótons, conforme a maioria se funde em nêutrons.

Até que alcançamos a base da crosta. Aqui, os núcleos são tão apertados que eles começam a se tocar. Prótons e nêutrons se reorganizam, fazendo cilindros ou folhas longas, núcleos enormes com milhões de prótons e nêutrons com formato de espaguete e lasanha, que físicos chamam de pasta nuclear. A pasta nuclear é tão densa que pode ser o material mais resistente do universo, basicamente inquebrável. Pedaços de pasta dentro de uma estrela de nêutrons pode até fazer montanhas de no máximo alguns centímetros, mas muitas vezes mais massivas do que o Himalayas. Finalmente, abaixo da pasta, nós chegamos no núcleo. Não temos certeza de quais são as propriedades da matéria quando espremidas com tanta força. Prótons e nêutrons podem dissolverem em um oceano de quarks, que é chamado de "Quark-Gluon Plasma". Alguns destes quarks podem se tornar "strange quarks", fazendo um tipo de matéria estranha, com propriedades muito extremas, que nós já fizemos um vídeo sobre isso. Ou, talvez eles apenas permaneçam como prótons e nêutrons.

Ninguém sabe ao certo, e esse é o motivo porque fazemos ciência. Isso é tudo muito pesado, literalmente, então vamos voltar para o espaço. Quando as estrelas de nêutrons entram em colapso, elas começam a girar muito rápido, como uma bailarina puxando os braços. Estrelas de nêutrons são bailarinas celestiais, girando muitas vezes por segundo. Isso cria pulsos, porque seu campo magnético cria um feixe de ondas de rádio, que passa toda vez que elas giram. Esses pulsos de rádio são o tipo mais conhecido de estrela de nêutrons. Quase 2 mil são conhecidas na via láctea. Estes campos magnéticos são os mais fortes do universo, um quadrilhão de vezes mais forte que o da Terra depois que nascem. Eles são chamados magnetares até se acalmarem um pouco. Mas o melhor tipo absoluto de estrela de nêutron é amigo de outras estrelas de nêutron.

Ao irradiar energia como ondas gravitacionais e ondulações no espaço-tempo, suas órbitas podem decair, e elas podem colidir e se matar, em uma explosão de kilonova que expele muito de suas entranhas. Quando elas fazem isso, as condições ficam tão extremas que, por um momento, núcleos pesados são formados novamente. Não é uma fusão que une núcleos desta vez, mas matéria pesada rica em nêutrons desmoronando e remontando. Apenas recentemente, aprendemos que essa é provavelmente a origem da maioria dos elementos pesados do universo, como ouro, urânio, platina, e outros. Portanto, agora duas estrelas de nêutrons colapsam e se tornam um buraco negro, morrendo mais uma vez. As estrelas não precisam apenas morrer para criar elementos, elas precisam morrer duas vezes. Ao longo de milhões de anos, esses átomos se misturam de volta à galáxia, mas alguns deles acabam em uma nuvem, que a gravidade se junta para formar estrelas e planetas, repetindo o ciclo. Nosso sistema solar é um exemplo, e os restos daquelas estrelas de nêutrons que vieram antes de nós estão à nossa volta. Todo o nosso mundo tecnológico moderno foi construído a partir dos elementos que estrelas de nêutrons produziram em eras passadas, enviando esses átomos em uma jornada de treze bilhões de anos para se unir e formar a nós e ao nosso mundo.