Simulações de fusões binárias de estrelas de nêutrons sugerem que futuros detectores irão diferenciar entre diferentes modelos de matéria termonuclear. Os investigadores usaram simulações de supercomputadores para explorar como as fusões de estrelas de neutrões afectam as ondas gravitacionais, descobrindo uma relação chave com a temperatura dos remanescentes. Esta pesquisa pode contribuir para avanços futuros na detecção e compreensão da matéria termonuclear.

Quando duas estrelas de nêutrons orbitam uma à outra, elas liberam ondulações no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais. Essas ondulações consomem energia da órbita até que as duas estrelas eventualmente colidam e se fundam em um único objeto. Os cientistas usaram simulações de supercomputadores para explorar como o comportamento de diferentes modelos de matéria nuclear afeta as ondas gravitacionais liberadas após essas fusões. Eles encontraram uma forte correlação entre a temperatura do remanescente e a frequência destas ondas gravitacionais. Os detectores da próxima geração serão capazes de distinguir entre esses modelos.

Cerca de 5 milissegundos após a fusão da estrela de nêutrons, olhando de cima para baixo, uma comparação da densidade (direita) e temperatura (esquerda) de duas diferentes fusões simuladas de estrelas de nêutrons (acima, abaixo). Fonte: Jacob Fields, Universidade Estadual da Pensilvânia.

Os cientistas usam estrelas de nêutrons como laboratórios para estudar material nuclear em condições indetectáveis ​​na Terra. Eles estão usando detectores de ondas gravitacionais atuais para observar fusões de estrelas de nêutrons e entender como a matéria fria ultradensa se comporta. No entanto, estes detectores não podem medir o sinal das estrelas fundidas. Este sinal contém informações sobre matéria termonuclear. Os detectores futuros serão ainda mais sensíveis a estes sinais. Como também conseguem distinguir entre diferentes modelos, os resultados deste estudo sugerem que os futuros detectores ajudarão os cientistas a construir melhores modelos de matéria termonuclear.

Este estudo investigou fusões de estrelas de nêutrons usando THC_M1. THC_M1 é um código de computador que simula fusões de estrelas de nêutrons, levando em consideração a curvatura do espaço-tempo causada pelo poderoso campo gravitacional da estrela e pelo processo de neutrinos na matéria densa. Os investigadores testaram o impacto dos efeitos térmicos nas fusões variando a capacidade de calor específico na equação de estado, que mede a energia necessária para aumentar a temperatura do material da estrela de neutrões em um grau. Para garantir a robustez dos resultados, os pesquisadores realizaram simulações em duas resoluções. Eles repetiram a execução de alta resolução com um tratamento mais aproximado dos neutrinos.

Referências

"Thermal Effects in Binary Neutron Star Mergers", por Jacob Fields, Aviral Prakash, Matteo Breschi, David Radice, Sebastiano Bernuzzi e Andréda Silva Schneider, 31 de julho de 2023, Astrophysical Journal Letters.

DOI:10.3847/2041-8213/ace5b2

"Identificação de efeitos nucleares nas interações nêutron-carbono durante transferência de baixo impulso", até 17 de fevereiro de 2016, "Physical Review Letters".

DOI:10.1103/PhysRevLett.116.071802

Este trabalho utilizou recursos de computação fornecidos pelo Centro Nacional de Computação Científica de Pesquisa Energética da Penn State, pelo Centro de Supercomputação de Pittsburgh e pelo Instituto de Ciências Computacionais e de Dados.

Fonte compilada: ScitechDaily