As estrelas de nêutrons são remanescentes que surgem após a explosão de supernovas de estrelas massivas. Elas concentram uma massa maior que a do Sol em uma esfera de apenas alguns quilômetros de diâmetro e formam um dos objetos mais extremos do Universo. Quando duas estrelas de nêutrons colidem, fenômeno conhecido como kilonova, o evento libera uma quantidade enorme de energia. Além disso, kilonovas produzem ondas gravitacionais, elementos pesados como ouro e platina.
Os neutrinos, por sua vez, são partículas subatômicas extremamente leves e neutras, que interagem muito pouco com a matéria. Existem três tipos principais, chamados “sabores”: eletrônico, múonico e tauônico. Eles podem oscilar entre esses sabores conforme viajam diferente de outras partículas que possuem sabores. Os neutrinos são produzidos em abundância em reações nucleares e eventos energéticos.
Um estudo recente publicado na Physical Review Letters mostrou que os neutrinos podem ter um papel importante nas colisões de estrelas de nêutrons. Segundo os autores, a forma como os diferentes sabores de neutrinos interagem com as partículas ao redor pode influenciar a dinâmica da fusão e até a composição final dos elementos produzidos. Isso sugere que os neutrinos atuam na redistribuição de elementos pelos cosmos.
Estrelas de nêutrons
Estrelas de nêutrons são objetos densos que se formam a partir do colapso gravitacional do núcleo de uma estrela massiva após uma explosão de supernova. Quando uma estrela com massa entre 8 e 25 vezes a do Sol esgota seu combustível nuclear, a pressão interna deixa de ser suficiente para conter a gravidade. O núcleo então colapsa, comprimindo os prótons e elétrons em nêutrons por meio da captura eletrônica.
A estrutura interna dessas estrelas é composta por uma crosta sólida composta de núcleos atômicos e um interior onde os nêutrons se comportam como um fluido quântico. Em seu núcleo mais profundo, podem existir partículas exóticas como híperons ou até mesmo quarks livres, dependendo das condições de densidade e pressão. Além disso, as estrelas de nêutrons exibem campos magnéticos e giram a velocidades altíssimas, emitindo feixes de radiação periódicos que as tornam visíveis como pulsares.
Neutrinos
Os neutrinos são partículas elementares extremamente leves e neutras, pertencentes à família dos léptons, como os elétrons. Eles interagem apenas por meio da força fraca e da gravidade e, por causa disso, são difíceis de serem detectados. Um exemplo é que trilhões deles atravessam nosso corpo a cada segundo sem notarmos. Eles são produzidos em grandes quantidades em reações nucleares, em explosões de supernova e em aceleradores de partículas.
Essas partículas podem possuir três “sabores”: o neutrino eletrônico, o neutrino múonico e o neutrino tauônico. Diferente de outras partículas, os neutrinos conseguem mudar o tipo conforme viajam pelo espaço, algo chamado de oscilação de sabores. O estudo dessas oscilações é importante para entender vários fenômenos como a assimetria da matéria e antimatéria e também entender o processo de colisão de estrelas de nêutrons.
Sabores de neutrinos alteram as colisões
Em um novo artigo, um grupo de físicos fizeram simulações computacionais que considera tanto a mistura de sabores dos neutrinos quanto interações com a matéria ao redor. Os resultados que o grupo analisou foi que essa “mistura de sabores” pode ter um impacto no processo de colisão de estrelas de nêutrons. Eles podem ter um papel na formação de elementos mais pesados e afetar a quantidade de radiação emitida.
Eles encontraram que apenas os neutrinos eletrônicos conseguem colidir com um nêutron para formar um próton e um elétron. Quando ocorre a mistura de sabores, o número de nêutrons disponíveis para a formação de novos elementos aumenta e mais elementos pesados podem ser formados. A quantidade de raios X emitidos e o formato das ondas gravitacionais geradas pela colisão são afetados também.
Partículas quase fantasmas
Isso chama atenção porque, por serem partículas com pouca interação, os neutrinos são desconsiderados em muitos processos. Eles até recebem o apelido de partículas fantasmas e durante muito tempo, acreditava-se que eles não possuíam massa. O fato que os neutrinos têm um papel tão importante no resultado da colisão de estrelas de nêutrons e a formação de elementos pesados é curioso.
Nas últimas décadas, cada vez mais temos encontrado curiosidades sobre os neutrinos e o papel deles no Universo. Só neste século, encontramos que os neutrinos realmente têm uma pequena massa e podem oscilar entre diferentes tipos. Antes dessa confirmação, sua natureza quase invisível e ausência de carga elétrica levaram muitos a considerá-los até mesmo possíveis candidatos à matéria escura.
Referência da notícia
Yi et al. 2025 Neutrino flavor transformation in neutron star mergers Physical Review Letters
