Universidade Estadual da Pensilvânia — InkDesign News — Um estudo inédito liderado por pesquisadores da Penn State e da Universidade do Tennessee Knoxville simulou, pela primeira vez, a transformação de “sabores” de neutrinos durante a colisão e fusão de estrelas de nêutrons, revelando novos fatores que influenciam a formação de elementos pesados no universo. Os resultados, publicados na revista Physical Review Letters, apontam impactos significativos sobre a emissão de sinais detectáveis da Terra.
O Contexto da Pesquisa
A origem dos metais pesados e elementos de terras-raras intrigava astrofísicos há décadas. Sabe-se que as fusões de estrelas de nêutrons — objetos ultradensos resultantes do colapso estelar — produzem eventos energéticos cujos vestígios são observáveis na Terra. Pesquisas anteriores simulavam esses eventos ignorando a transformação de sabores dos neutrinos, partículas fundamentais que atravessam o cosmos praticamente sem interagir com a matéria.
Resultados e Metodologia
A equipe elaborou simulações de fusões binárias de estrelas de nêutrons, considerando gravidade, relatividade geral, hidrodinâmica, além do inédito processo de mistura e transformação dos neutrinos. Atenção especial foi dada à conversão do neutrino do tipo elétron para o do tipo múon, considerada relevante nesse ambiente extremo. Cenários com diferentes densidades, tempos e locais de mistura foram analisados.
Os achados mostraram que todos esses fatores alteram tanto a composição quanto a estrutura do remanescente da fusão, inclusive na quantidade de metais pesados formados. Durante a colisão, nêutrons lançados do núcleo estelar podem ser capturados por átomos no entorno, decaindo em metais como ouro e platina, além de terras-raras essenciais a baterias e dispositivos eletrônicos modernos.
“A mudança no sabor do neutrino influencia como ele interage com a matéria”, disse David Radice, Knerr Early Career Professor de Física e professor associado de Astronomia e Astrofísica na Penn State e coautor do artigo. “Neutrinos do tipo elétron podem transformar um nêutron — um dos três componentes de um átomo — em próton e elétron. Os do tipo múon não conseguem. Portanto, a conversão de sabores pode alterar a quantidade de nêutrons disponíveis, impactando diretamente a produção de metais pesados e terras-raras. Descobrimos que considerar essa mistura pode aumentar a produção desses elementos em até dez vezes.”
(“A neutrino’s flavor changes how it interacts with other matter… we found that accounting for neutrino mixing could increase element production by as much as a factor of 10.”)— David Radice, Knerr Early Career Professor de Física, Penn State
As simulações também sugerem efeitos sobre as emissões eletromagnéticas e de ondas gravitacionais — fundamentais para observações futuras com equipamentos como LIGO, Virgo e o proposto Cosmic Explorer.
Implicações e Próximos Passos
Ao integrar novas teorias de física de partículas, pouco além do modelo padrão, os autores pretendem aprimorar esses modelos, uma vez esclarecida a natureza das transformações de neutrinos no ambiente das fusões. A infraestrutura do simulador deverá impulsionar estudos em outros centros ao redor do mundo.
“Ainda não sabemos muito sobre a física teórica dessas transformações de neutrinos,” disse Yi Qiu, doutoranda em física na Penn State Eberly College of Science e primeira autora do artigo. “Nosso entendimento atual sugere que são muito prováveis, e nossas simulações mostram que, se ocorrem, têm efeitos importantes, sendo essencial incluí-las nos futuros modelos.”
(“There’s still a lot we don’t know about the theoretical physics of these neutrino transformations…our simulations show that, if they take place, they can have major effects, making it important to include them in future models and analyses.”)— Yi Qiu, doutoranda em física, Penn State
A equipe, que inclui Maitraya Bhattacharyya, Sherwood Richers e pesquisadores do Penn State Institute for Gravitation and the Cosmos e da Universidade do Tennessee, reforça o papel das fusões de estrelas de nêutrons como “laboratórios cósmicos” para estudar física em condições extremas. O avanço abre caminho para novas investigações quanto à origem de elementos fundamentais e para interpretação mais precisa dos futuros registros de ondas gravitacionais e raios gama.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
