Investigadores em Coimbra ajudam a desvendar os mistérios da fusão de estrelas de neutrões

Os investigadores, que publicaram as conclusões do seu estudo na revista científica Physical Review Letters, identificaram as propriedades de matéria não homogénea semelhante à que se forma em supernovas ou na fusão de estrelas de neutrões. A matéria nuclear pouco densa é composta por protões, neutrões e núcleos leves, como os isótopos de hidrogénio e hélio, indica a equipa.

Em comunicado é detalhado que o “conhecimento da equação de estado da matéria nuclear em condições extremas de temperatura, densidade e fração de protões é essencial para interpretar observações de estrelas de neutrões, explosões de supernova ou fusão de estrelas de neutrões”. No entanto, nem sempre é viável recriar estas condições em laboratório.

Tiago Custódio, aluno de doutoramento da FCTUC, recorreu a uma abordagem que lhe permitiu descrever a abundância das mesmas sem pressupor a densidade do sistema. Nesta abordagem, o investigador usou modelo teórico desenvolvido por Constança Providência e Helena Pais, investigadoras do Centro de Física da Universidade de Coimbra (CFisUC).

"Analisamos treze bins de velocidade, que representam partículas que se desacoplam da fonte quente em tempos distintos”, explica Constança Providência, professora da FCTUC. “Em cada bin, a temperatura e a densidade foram determinadas através de uma análise Bayesiana completa, desenvolvida pelo estudante, em colaboração com Tuhin Malik, investigador do CFisUC», explica Constança Providência, professora da FCTUC.

A análise baseou-se num "modelo térmico microscópico, fundamentado na teoria relativista de campo médio para matéria nuclear, considerando os efeitos do meio, essenciais para uma descrição precisa da matéria".

De acordo com Tiago Custódio, "os resultados revelaram uma excelente correspondência com os dados experimentais através de dois modelos nucleares distintos”. “Os conjuntos estatísticos evidenciaram uma curva de arrefecimento a uma densidade quase constante, interpretada como uma densidade de congelamento abaixo da qual as partículas deixam de interagir nuclearmente”, indica o investigador.

De acordo com a equipa, as análises anteriores assumiam sempre um gás ideal ou um gás ideal modificado de nucleões livres e núcleos leves para estimar a densidade do sistema, tornando a densidade associada a cada bin uma consequência direta dessa hipótese inicial.

No entanto, “os resultados obtidos permitem construir uma equação de estado realista, que inclui uma descrição precisa dos núcleos leves em matéria nuclear de baixa densidade”.

“Estas equações de estado são um contributo fundamental para simulações mais realistas da fusão de estrelas de neutrões, trazendo novos avanços ao estudo da astrofísica nuclear”, realça a equipa.