Em breve poderemos “ver” o interior de uma estrela de nêutrons e aprender que matéria extrema é governada pela física gravitacional, graças à assinatura das interações das ondas nas ondas gravitacionais emitidas por pares de estrelas de nêutrons em direção à fusão explosiva.
“Uma esperança é que possamos obter alguma informação sobre a densidade encontrada no núcleo interno do estado de equilíbrio da estrela de nêutrons. Estrela de nêutrons”, disse Nicholas Younes, da Universidade de Illinois, que liderou a pesquisa Relatório. “Realmente existe um Quark Gore, como alguns disseram recentemente? Estão acontecendo mudanças de fase lá dentro que ainda não conhecemos?”
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No entanto, nas profundezas de uma estrela de nêutrons, perto de seu núcleo, as coisas são ainda mais diferentes. A pressão gravitacional pode ser forte o suficiente para esmagar os nêutrons em seus blocos de construção, que são partículas fundamentais, como quarks e glúons Geralmente une quarks para formar prótons e nêutrons.
Os cientistas chamam esse estado da matéria de plasma de quark-glúon. Este estado da matéria existiu durante a primeira fração de segundo Big BangE fora dos experimentos com aceleradores de partículas, o único lugar no universo onde existe plasma de quark-glúon é dentro de estrelas de nêutrons.
Se os cientistas conseguirem compreender o interior das estrelas de nêutrons, poderão aprender mais sobre o estado da matéria imediatamente após o Big Bang.
As estrelas binárias de nêutrons há muito são consideradas a melhor aposta para entender o que se esconde. O par de estrelas de nêutrons orbitam entre si em órbitas elípticas, aproximando-se até colidirem. Kilonova. Essencialmente, seu in-loop encontra saída Ondas gravitacionais.
Agora, cientistas liderados por Younes e Abhishek Hegade, da Universidade de Princeton, pensam ter descoberto como decifrar a frequência destas ondas gravitacionais para explicar a estrutura interna das estrelas de neutrões.
“À medida que se aproximam, as forças das marés de uma estrela (de nêutrons) começam a destruir a outra e vice-versa”, disse Hecate. “A extensão da transformação depende do que está dentro dessas estrelas.”
O problema é que a gravidade extrema e a alta velocidade (até 40% Velocidade da luz) à medida que as estrelas de nêutrons orbitam umas às outras, os cientistas devem olhar em direção a elas Albert Einsteiné Teoria geral da relatividade Para soluções. É uma tarefa complexa, mas Yunes e Hecate acham que agora têm a resposta.
Quando estrelas binárias de nêutrons distorcem a forma e a estrutura umas das outras com suas ondas gravitacionais, elas desencadeiam oscilações em seu interior como o toque de um sino. Os padrões dessas oscilações são chamados de modos, e a frequência desses modos está impressa nas ondas gravitacionais emitidas por estrelas binárias de nêutrons.
Uma gama completa de métodos é necessária para compreender o sistema binário. A compreensão destes padrões, no entanto, é complicada pela natureza dinâmica das forças das marés: elas mudam à medida que as estrelas de neutrões orbitam umas às outras, e os efeitos de cada estrela de neutrões sobrepõem-se, tornando ainda mais difícil distinguir o que está a acontecer.
“Sem métodos completos, é inteiramente possível que você perca parte da resposta da onda ao modelá-la, porque pode haver outras partes que você está omitindo da descrição matemática da resposta necessária para capturar toda a física”, disse Younes.
Física newtoniana – ou seja, a física básica da gravidade Isaac NewtonLei da Gravitação – contém todo o conjunto de modos oscilantes de um objeto regular. Esses métodos são chamados de osciladores harmônicos amortecidos. Contudo, na física relativística, não está claro se todos os modos podem ser obtidos. Por exemplo, as ondas gravitacionais que irradiam energia de estrelas binárias de nêutrons são um fenômeno pós-newtoniano da relatividade geral e não são explicadas pela física newtoniana.
“Se o seu computador ficar sem energia, seus métodos estarão incompletos”, disse Hecate.
A solução é decompor o problema considerando cada estrela de nêutrons separadamente e sua companheira como fonte de ondas gravitacionais. A equipe de Younes e Hegade dividiu cada estrela de nêutrons em regiões separadas com diferentes forças gravitacionais em diferentes escalas, descrevendo gravidade forte e gravidade fraca. Eles encontraram soluções aproximadas para cada quantidade e depois as combinaram. Eles também descobriram que a perda de energia das ondas gravitacionais é efetivamente anulada. Isto permitiu-lhes obter uma solução que descrevia todos os modos oscilantes do interior da estrela de neutrões e como esses modos seriam incorporados na frequência das ondas gravitacionais resultantes.
“Mostramos duas coisas importantes”, disse Hécate. “Primeiro, descobrimos que os modos de uma estrela de neutrões formam um conjunto completo e fomos capazes de deduzir a radiação. Em segundo lugar, se continuarmos a resolver um certo conjunto de equações usando um campo de ondas suficientemente ‘suave’, é uma solução para o interior de uma estrela, e geralmente podemos fazer novas dependências.”
Este não é o fim da história. Neste ponto, o trabalho da equipa de Younes e Hecate é puramente teórico, e os actuais detectores de ondas gravitacionais não são suficientemente sensíveis a altas frequências para detectar esta assinatura. No entanto, Yunes e Hegaday estão confiantes de que a próxima geração de inventores resolverá o problema.
As descobertas foram publicadas na revista em 18 de fevereiro. Cartas de revisão física.
