Cientistas determinam limite de massa de estrelas de nêutrons entre 2,2 e 2,3 sóis

Cientistas estabeleceram um limite definitivo para a massa máxima que uma estrela de nêutrons pode atingir antes de colapsar em um buraco negro, resolvendo um dos maiores mistérios da astrofísica contemporânea. O valor calculado com precisão inédita está entre 2,2 e 2,3 massas solares.

A descoberta foi liderada por uma equipe de físicos do Centro de Pesquisas HUN-REN Wigner, na Hungria. Os resultados foram publicados no servidor de pré-impressão arXiv e detalhados em reportagem do portal phys.org. Para chegar a esse número, os pesquisadores utilizaram dois modelos distintos da chamada Equação de Estado, que descreve como a matéria se comporta sob pressões extremas no núcleo desses objetos.

O primeiro modelo, batizado de SFHo, simula uma estrela composta por matéria nuclear mais macia e compressível, com maior flexibilidade interna. O segundo, o DD2, modela um material mais rígido e resistente, projetado para estrelas de maiores dimensões.

Ambos os modelos foram ajustados para respeitar os resultados obtidos pela Cromodinâmica Quântica Perturbativa, garantindo que a velocidade do som dentro da estrela jamais ultrapassasse a velocidade da luz. Sem essa correção, os cálculos violariam leis fundamentais da física.

Após a calibragem teórica, os cientistas testaram suas previsões com dados observacionais de telescópios espaciais. As informações do telescópio NICER, da NASA, que analisa pontos quentes na superfície de pulsares em rotação, forneceram restrições cruciais que refinaram os modelos.

O segundo conjunto decisivo de dados veio da detecção de ondas gravitacionais do evento GW170817, a primeira fusão de duas estrelas de nêutrons registrada. Essas medições de compressibilidade extrema forçaram os dois modelos teóricos a convergirem para praticamente o mesmo resultado: um teto de massa entre 2,2 e 2,3 sóis e um raio físico de aproximadamente 12 quilômetros.

A convergência é um marco científico e lança nova luz sobre objetos enigmáticos que habitavam uma zona cinzenta de classificação. O objeto GW190814, por exemplo, possui 2,59 massas solares, o que o torna pesado demais para ser uma estrela de nêutrons segundo o novo limite, embora não apresentasse evidências claras de ser um buraco negro.

Os cálculos indicam que, se o GW190814 fosse uma estrela de nêutrons, o material que o sustentaria teria que ser tão deformável que violaria as exigências do modelo DD2 calibrado pelo evento GW170817. O mesmo raciocínio se aplica ao objeto HESS J1731-347, outro corpo celeste que ficava na chamada lacuna de massa entre estrelas de nêutrons e buracos negros.

As evidências apontam que ambos são buracos negros, e não estrelas de nêutrons supermassivas, encerrando um debate que intrigava os astrofísicos. A pesquisa também fornece uma solução concreta para as antigas equações de Tolman-Oppenheimer-Volkoff, formuladas em 1939 para descrever os limites teóricos desses astros extremos.

Com um peso máximo definido e boas estimativas de tamanho, a ciência avança na compreensão do funcionamento interno de alguns dos objetos mais densos do universo. Mesmo sem possibilidade de visita ou coleta de amostras, os modelos agora preveem com mais segurança o ponto exato em que a matéria cede e a escuridão de um buraco negro se impõe.