Qual é a massa máxima de uma estrela de nêutrons?

A física das estrelas de nêutrons é notavelmente surpreendente, descrevendo objetos com a massa de dois sóis compactada em uma esfera do tamanho de uma cidade. Recentemente, um novo artigo, elaborado por pesquisadores do Centro de Investigação Física HUN-REN Wigner, na Hungria, propõe uma resposta definitiva para a questão da massa máxima que uma estrela de nêutrons pode atingir, situando-a entre 2, 2 e 2, 3 massas solares.

Para chegar a essa conclusão, os pesquisadores empregaram e refinaram dois modelos teóricos distintos, conhecidos como equações de estado (EoS). O modelo SFHo descreve uma estrela de nêutrons composta por matéria nuclear "mais macia" e, portanto, mais compressível. Em contraste, o modelo DD2 representa o material da estrela de nêutrons como mais rígido e resistente à compressão.

Esses modelos foram então comparados com dados observacionais cruciais. Especificamente, os cientistas utilizaram resultados de pontos quentes nas superfícies de pulsares em rotação, obtidos pelo telescópio Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER). Essa comparação foi fundamental para restringir e aprimorar a precisão dos modelos teóricos, eliminando cenários inconsistentes com as observações.

Posteriormente, os pesquisadores atualizaram os modelos com base em dados provenientes da detecção de ondas gravitacionais do evento GW170817. Este evento, que marcou a primeira fusão conhecida de duas estrelas de nêutrons, forneceu informações valiosas sobre a deformabilidade de maré da matéria nuclear sob condições extremas. A incorporação desses dados observacionais de alta energia foi essencial para refinar ainda mais as equações de estado.

Com as atualizações provenientes dessas duas fontes de dados independentes — as observações do NICER e os dados de ondas gravitacionais de GW170817 —, ambos os modelos, SFHo e DD2, convergiram de forma notável para um resultado quase idêntico. Eles indicaram que a massa máxima de uma estrela de nêutrons se situa entre 2, 2 e 2, 3 massas solares. Embora as dimensões físicas exatas possam variar ligeiramente dependendo do modelo inicial adotado, o consenso geral aponta para um raio aproximado de 12 km para essas estrelas.

Contudo, a existência de objetos como GW190814, que possui uma massa de 2, 59 massas solares, apresenta um desafio intrigante para esses modelos. Se GW190814 for classificado como uma estrela de nêutrons, isso invalidaria completamente o modelo DD2. A razão é que o material necessário para sustentar um objeto com essa massa não apresentaria a deformabilidade de maré necessária para satisfazer os requisitos estabelecidos pelos dados coletados durante eventos de fusão, como o GW170817.

A discrepância levantada por GW190814 sugere que ele pode ser um tipo diferente de objeto compacto, como um buraco negro de baixa massa, ou que os modelos atuais para estrelas de nêutrons ainda necessitam de ajustes para abranger uma gama mais ampla de fenômenos astrofísicos. A pesquisa contínua, combinando observações de ondas gravitacionais e raios-X com simulações teóricas avançadas, é crucial para desvendar os limites da física das estrelas de nêutrons e a natureza da matéria em suas condições mais extremas.