Estrelas de Nêutrons e Pulsares

Uma estrela de nêutrons concentra mais do que a massa do Sol em uma esfera do tamanho de uma cidade, sustentada pela degenerescência de nêutrons e forças nucleares; quando ela gira e emite radiação em feixe, nós a vemos como um pulsar.

Definition

Uma estrela de nêutrons é um remanescente estelar compacto algumas vezes mais denso que um núcleo atômico, sustentado principalmente pela pressão de degenerescência de nêutrons e forças nucleares, e um pulsar é uma estrela de nêutrons que gira rapidamente, fortemente magnetizada, observada como pulsos de radiação.

Scope

O tópico abrange a formação de estrelas de nêutrons em supernovas de colapso de núcleo, sua estrutura interna e a pouco conhecida equação de estado da matéria densa, a massa máxima de uma estrela de nêutrons, pulsares alimentados por rotação e seu uso como relógios precisos, e os campos magnéticos extremos de magnetars.

Core questions

• Como as estrelas de nêutrons são formadas e o que as sustenta?
• Como é a matéria dentro de uma estrela de nêutrons?
• Por que os pulsares emitem pulsos regulares?
• Qual é a massa máxima que uma estrela de nêutrons pode ter?

Key concepts

• degenerescência de nêutrons
• equação de estado
• pulsar
• dipolo magnético
• desaceleração (spin-down)
• magnetar
• glitch

Key theories

Degenerescência de nêutrons e a equação de estado da matéria densa

Estrelas de nêutrons são sustentadas pela pressão de degenerescência de nêutrons, rigidificada pela força nuclear repulsiva; sua estrutura decorre da equação de estado da matéria além da densidade nuclear, que estabelece a relação entre massa e raio e a massa máxima.

O modelo de dipolo magnético rotativo de pulsares

Um pulsar é uma estrela de nêutrons que gira rapidamente, cujo forte campo magnético desalinhado canaliza feixes de radiação ao longo de seus polos; à medida que a estrela gira, o feixe varre a Terra, produzindo os pulsos observados semelhantes a um relógio, enquanto a frenagem magnética desacelera gradualmente a rotação.

Mechanisms

Quando o núcleo de ferro de uma estrela massiva colapsa, os elétrons combinam-se com os prótons para formar nêutrons e o núcleo se recupera, formando uma estrela de nêutrons com aproximadamente vinte quilômetros de diâmetro. A conservação do momento angular e do fluxo magnético a deixa girando rapidamente com um campo magnético enorme; partículas carregadas aceleradas ao longo das linhas de campo produzem radiação em feixe vista como pulsos, enquanto torques magnéticos drenam lentamente sua energia rotacional.

Clinical relevance

Estrelas de nêutrons são laboratórios naturais para a matéria em densidades supranucleares e para a gravidade de campo forte; pulsares de milissegundos rivalizam com relógios atômicos e são usados para testar a relatividade geral e para procurar ondas gravitacionais, e fusões de estrelas de nêutrons produzem elementos pesados e sinais de ondas gravitacionais detectáveis.

History

Baade e Zwicky propuseram as estrelas de nêutrons em 1934, Oppenheimer e Volkoff as modelaram em 1939, e Jocelyn Bell Burnell descobriu o primeiro pulsar em 1967; Pacini e Gold logo identificaram os pulsares como estrelas de nêutrons magnetizadas em rotação, uma imagem confirmada pelo pulsar no remanescente da supernova do Caranguejo.

Debates

A equação de estado da estrela de nêutrons e a massa máxima

O comportamento da matéria acima da densidade nuclear, e, portanto, a massa máxima da estrela de nêutrons e a possível presença de fases exóticas como a matéria de quarks, permanecem incertos; medições de massa e raio e observações de ondas gravitacionais estão constantemente restringindo as possibilidades.

Key figures

• Jocelyn Bell Burnell
• Antony Hewish
• Fritz Zwicky
• Franco Pacini

Seminal works

• hewish1968
• shapiro1983

Frequently asked questions

Como algo tão pequeno pode ser tão pesado?

Em uma estrela de nêutrons, a gravidade esmagou a matéria a densidades comparáveis ou superiores às de um núcleo atômico, de modo que uma colher de chá do material pesaria bilhões de toneladas; isso permite que mais de uma massa solar caiba em um raio de apenas cerca de dez quilômetros.

Por que os pulsares pulsam tão regularmente?

Um pulsar emite radiação em feixes estreitos de seus polos magnéticos, e como a estrela de nêutrons gira rápida e constantemente, cada vez que um feixe varre a Terra, registramos um pulso, tornando os pulsares alguns dos relógios naturais mais precisos conhecidos.