O que é uma estrela de quark? - Médico - 2023

Contente

Você pode imaginar condensar vários Sóis em uma esfera de pouco mais de 1 km de diâmetro? Pegar várias estrelas como o Sol, com massa de 1.990 milhões de quatrilhões de kg e diâmetro de 1.400.000 km, em um corpo celeste de apenas mil metros de diâmetro?

Pode parecer ficção científica, mas a verdade é que essa situação é perfeitamente possível dentro do que sabemos sobre a vida e a morte das estrelas. O Universo tem 13,8 bilhões de anos e 93 bilhões de anos-luz de diâmetro, o que o torna vasto e longo o suficiente para abrigar mistérios surpreendentes e às vezes aterradores.

E um desses mistérios é, sem dúvida, tudo o que tem a ver com a morte de estrelas supermassivas, aquelas que têm uma massa de vários sóis. Quando ficam sem combustível, morrem e entram em colapso gravitacional, acontecem coisas que abalam as leis da física.

E no artigo de hoje vamos falar sobre estrelas que poderiam se formar após o colapso gravitacional de estrelas quase tão massivas a ponto de colapsar em um buraco negro, caindo a meio caminho entre esta singularidade e uma estrela de nêutrons. As estrelas de quark. Prepare-se para sua cabeça explodir.

Recomendamos que você leia: "As 10 estrelas mais estranhas do Universo"

O que são estrelas de quark?

As estrelas de quark são estrelas hipotéticas feitas de quarks, as partículas elementares que formam os prótons e nêutrons.. É uma estrela cuja existência não está confirmada, mas que se formaria após o colapso gravitacional de estrelas com massa suficiente para desintegrar nêutrons em quarks, dando origem a uma esfera com um diâmetro de apenas 1 km, mas uma densidade de um trilhão de kg por metro cúbico .

Nesse sentido, as estrelas de quark seriam os objetos mais densos do Universo (sem contar os buracos negros e hipotéticas estrelas preônicas) e também os mais quentes, com temperaturas centrais (do tamanho de uma maçã) de 8.000.000.000 ℃.

Estrelas de quark se formariam, em princípio (não esqueçamos que sua existência não está confirmada), após o colapso gravitacional de estrelas incrivelmente massivas. Mais massivas do que aquelas que, ao morrer, dão origem às famosas estrelas de nêutrons, mas não tão massivas a ponto de colapsar em uma singularidade e, assim, dar origem a um buraco negro.

Portanto, estrelas de quark seriam o ponto intermediário entre uma estrela de nêutrons e um buraco negro. Eles seriam apenas o passo anterior para a formação dessa singularidade espaço-tempo onde a própria matéria se quebra e surge um buraco negro.

De qualquer maneira, essas estrelas seriam um "mingau" incrivelmente denso e extremo de quarks, as partículas subatômicas elementares que constituem os prótons e nêutrons. De forma mais técnica, os quarks são férmions elementares que interagem de maneira muito forte e que, por serem massivos (dentro dos quais são partículas subatômicas), formam a matéria do núcleo do átomo e outras partículas chamadas hádrons.

Junto com os léptons (família dos elétrons), os quarks são os principais constituintes da matéria bariônica, ou seja, aquela que, apesar de representar apenas 4% do Universo, é aquela com a qual podemos interagir e perceber.

Nesse contexto, o colapso gravitacional da estrela moribunda na forma de uma supernova não termina, deixando uma estrela de nêutrons como um remanescente onde prótons e elétrons se fundem em nêutrons, mas os próprios nêutrons quebram em suas partículas elementares constituintes: quarks. .

Estamos rompendo não apenas as distâncias dentro do átomo (os átomos foram rompidos e os nêutrons permanecem), mas também os próprios nêutrons, dando origem a uma estrela que seria o corpo celeste mais denso do Universo. Um metro cúbico de estrela quark pesaria cerca de um trilhão de kg. Ou o que é o mesmo, um metro cúbico desta estrela pesaria 1.000.000.000.000.000.000 kg.

É simplesmente inimaginável. E essa densidade explica não só que eles podem ter uma massa como a de vários sóis condensados em uma esfera de apenas 1 km de diâmetro, mas também que não podemos detectá-los. Porém, o que sabemos de astrofísica permite sua existência. As estrelas de quark são reais? Essa é outra pergunta que, esperançosamente, poderemos responder no futuro.

Em resumo, uma estrela de quark é um corpo celeste hipotético que permanece como um remanescente da morte de uma estrela com massa suficiente para que seu colapso gravitacional não apenas quebre seus átomos, mas os próprios nêutrons se desintegrem em quarks, suas partículas elementares constituintes. elevar-se a uma estrela que consiste em um "mingau" de quarks onde densidades de 1 trilhão de kg / m³ são alcançadas e temperaturas centrais de 8 bilhões de ℃. É incrível pensar em uma estrela tão pequena, mas extrema no meio do espaço. Incrível e assustador.

Recomendamos que você leia: "Os 8 tipos de partículas subatômicas (e suas características"

Como as estrelas de quark se formariam?

Não vamos esquecer que estrelas de quark são estrelas hipotéticas. Sua existência não está comprovada e tudo é baseado em previsões matemáticas e físicas. No nível teórico, eles podem existir. Em um nível prático, não sabemos. Infelizmente, somos muito limitados pela tecnologia.

Além disso, acredita-se que apenas 10% das estrelas em nossa galáxia são massivas o suficiente para explodir em uma supernova e deixa como remanescente uma estrela de nêutrons (a menos massiva dentro das hipermassivas) ou um buraco negro (a mais massiva dentro das hipermassivas). E essas estrelas de quark viriam de uma faixa muito específica dentro desses 10%.

E se adicionarmos a isso que apenas entre 2 e 3 supernovas ocorrem em nossa galáxia a cada século, as probabilidades de que uma delas tenha a massa exata de não permanecer em uma estrela de nêutrons, mas não entrar em colapso em um buraco negro, mas que permanece em uma estrela de quarks, eles são muito baixos. Não deve ser surpresa que não os tenhamos detectado. Mas o que sabemos perfeitamente bem é como, se existissem, se formariam. Vamos ver.

1. Uma estrela supermassiva começa a ficar sem combustível

Estrelas supermassivas são aquelas que têm entre 8 e 120 (acredita-se que não possam ser mais massivas) massas solares. E não esqueçamos que o Sol, uma anã amarela, tem massa de 1.990 milhões de quatrilhões de kg. Portanto, estamos enfrentando monstros reais.

Seja como for, acredita-se que a morte de estrelas com massa entre 8 e 20 vezes a do Sol, ao morrer, deixa uma estrela de nêutrons como remanescente. E aqueles com uma massa entre 20 e 120 vezes a do Sol, um buraco negro.Portanto, para estrelas de quark, que já vimos que é apenas o passo intermediário entre os dois, devemos nos colocar em estrelas com cerca de 20 massas a do Sol.

Esta estrela supermassiva segue sua sequência principal, que é a fase mais longa de sua vida (essas estrelas costumam viver cerca de 8.000 milhões de anos, mas é altamente variável) durante a qual consome seu combustível por fusão nuclear, "gerando", em seu núcleo, átomos pesados.

Contudo, Quando esta estrela 20 vezes mais massiva que o Sol começa a esgotar suas reservas de combustível, começa a contagem regressiva. O delicado e perfeito equilíbrio entre a gravidade (puxando para dentro) e a força nuclear (puxando para fora) está começando a se quebrar. A estrela está prestes a morrer (o que em escala astronômica, milhões de anos).

Recomendamos que você leia: "As 21 fases da vida de uma estrela (e suas características)"

2. Morte na forma de uma supernova

Quando esta estrela começa a ficar sem combustível, a primeira coisa que acontece é que, à medida que perde massa, a gravidade não pode neutralizar a força nuclear e aumenta. Pode parecer contra-intuitivo, mas faz sentido: como há menos massa, há menos gravidade e, portanto, menos força que puxa para dentro, então a força nuclear, que puxa para fora, vence. Daí o aumento de volume.

A estrela começa a crescer, saindo de sua sequência principal e se tornando uma supergigante vermelha (como UY Scuti, a maior estrela da galáxia, com diâmetro de 2,4 bilhões de km, que se encontra neste estágio) que continua a inchar.

E assim continua até que, quando fica completamente sem combustível, a situação se inverte. Quando a fusão nuclear é interrompida, a força nuclear cessa repentinamente e, das duas forças que mantinham o equilíbrio do corpo celeste, apenas uma permanecerá: a gravidade.

De repente, não há mais uma força que puxa para fora e há apenas uma que puxa para dentro. A gravidade vence e provoca um colapso sob sua própria massa que culmina no fenômeno mais extremo e violento do Universo: uma supernova..

Uma supernova é uma explosão estelar causada pelo colapso gravitacional de uma estrela que acabou de morrer (desligando sua fusão nuclear), onde temperaturas de 3 bilhões de ℃ são atingidas e grandes quantidades de energia são liberadas, incluindo raios gama. A estrela expele suas camadas externas, mas sempre (ou quase sempre) algo permanece como remanescente. O núcleo.

Para saber mais: "O que é uma supernova?"

3. O colapso gravitacional quebra os átomos

E é neste núcleo que, devido à incrível intensidade do colapso gravitacional, as forças fundamentais começam a se quebrar.. E quando esse colapso é capaz de quebrar a força eletromagnética que deu integridade ao átomo, coisas estranhas começam a acontecer.

O colapso gravitacional que se segue à explosão da supernova é capaz de quebrar átomos, no sentido de neutralizar as repulsões eletromagnéticas entre elétrons e prótons, fazendo com que ambos se fundam em nêutrons.

Os átomos como tais desapareceram, então passamos de um espaço vazio em 99,9999999% (praticamente todo o átomo está vazio) para tendo um "mingau" de nêutrons onde praticamente não há vácuo.

Temos então uma estrela de nêutrons com massa semelhante à do Sol, mas com diâmetro de, graças à densidade alcançada, apenas 10 km. O Sol é uma esfera do tamanho da ilha de Manhattan. Mas espere, você não viu nada ainda. E é que se a estrela original estava muito perto da massa necessária para entrar em colapso em um buraco negro, mas permaneceu nos portões, a mágica pode acontecer.

Para saber mais: "O que é uma estrela de nêutrons?"

4. Formação de uma estrela de quark

Os nêutrons são partículas subatômicas, sim, mas partículas subatômicas compostas. Isso significa que eles são feitos de partículas subatômicas elementares. Em concreto, cada nêutron é composto de três quarks: dois para baixo e um para cima.

E esses quarks estão ligados entre si pela força fundamental mais forte (vale a pena a redundância) de todas: a força nuclear forte. E no Universo, apenas um colapso quase intenso o suficiente para quebrar a matéria em uma singularidade poderia desintegrar essa interação muito forte.

Mas pode acontecer. E neste contexto, o colapso gravitacional poderia quebrar a forte força nuclear dos nêutrons, desintegrando-os em suas partículas elementares (os quarks) e, portanto, ter um “mingau” de quark ainda mais denso e extremo.

Não teríamos apenas uma estrela de apenas 1 km de diâmetro e com densidade de 1.000.000.000.000.000.000 kg por metro cúbico, mas seu núcleo, onde são atingidas temperaturas de 8.000 milhões ° C, teria o tamanho de uma maçã, mas uma massa assim de duas Terras. Novamente, incrível e assustador. O Universo ainda guarda muitos segredos que, felizmente, podemos decifrar.

Você pode estar interessado: "O que é uma estrela preon?"