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Estrelas estranhas no Universo

O que é a pesquisa?

Todas as substâncias que conhecemos no universo são formadas de minúsculas partículas chamadas átomos, que, por sua vez, são formados por partículas menores denominadas prótons, nêutrons e elétrons, de acordo com a carga elétrica que possui: positiva, neutra e negativa, respectivamente. Pesquisas recentes mostram que prótons e nêutrons presentes no núcleo do átomo são formados por partículas ainda menores chamadas de quarks. Os elétrons e os quarks não se subdividem em partículas menores e, por isso, são chamados de partículas fundamentais.
 
Na natureza, existem seis tipos de quarks: up (u), down (d), top (t), bottom (b), charm (c) e strange (s); termos em inglês que significam, respectivamente, "para cima", "para baixo", "topo", "base", "charme" e "estranho". Apenas os quarks up e down formam os prótons e os nêutrons. Os prótons são formados por dois quarks up e um down e os nêutrons por dois quarks down e um up. Entretanto, dentre os demais quarks, um sempre chamou a atenção dos físicos, o quark strange.

Figura 1. Modelo atômico clássico e a subdivisão dos prótons e nêutrons em quarks up e down. 

Desde a descoberta dos quarks up, down e strange, em 1968, discute-se a existência de matéria formada por essas três partículas fundamentais. Essa matéria, chamada de ‘matéria estranha’, possuiria uma estrutura mais estável do que a formada apenas por quarks up e down, especialmente em condições físicas extremas, como altas temperaturas, gravidade intensa e alta densidade, condições encontradas em estrelas ultracompactas. Nessas estrelas, a gravidade é tão intensa que as partículas que a compõem perdem suas características de cargas elétricas. Como consequência, os elétrons são empurrados para os núcleos dos átomos, unindo-se aos prótons e formando mais nêutrons. Por possuirem grande quantidade de nêutrons, essas estrelas são denominadas ‘estrelas de nêutrons’.

Segundo alguns astrofísicos, existe a possibilidade de que no centro de estrelas ultracompactas possa ocorrer uma conversão de parte dos quarks up e down em quarks strange. Nesse caso, a estrela não seria de nêutrons, mas sim uma ‘estrela estranha’.

Detectar estrelas estranhas no universo significa compreender a formação e composição do universo, bem como comprovar a existência de matéria estranha, uma forma de matéria diferente da que conhecemos. Sendo assim, o grupo de pesquisa, liderado pelo Dr. Oswaldo Duarte Miranda, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), vem desenvolvendo uma forma de identificar ‘estrelas estranhas’ no universo.

Como é feita a pesquisa?

As estrelas estranhas são encontradas no universo por meio de ondas gravitacionais geradas por elas. Segundo a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, todos os eventos no universo são descritos em um sistema de quatro dimensões, sendo três dimensões espaciais (altura, largura e profundidade) e uma temporal (o próprio tempo), chamado, assim, de sistema de coordenadas espaço-tempo. Nessa teoria, a matéria provoca mudança na geometria do espaço-tempo, criando uma deformação.  Quanto maior for a massa dos objetos, como o caso das estrelas, maior será a deformação que ela promove no sistema de coordenadas espaço-tempo. No caso de duas estrelas ultracompactas, essa deformação fará com que uma estrela atraia a outra, de maneira que as duas vão se aproximando gradativamente em um movimento espiral. Esse processo gera ondas gravitacionais que podem ser detectadas.

Imagine que as ondas gravitacionais produzam deformações no espaço-tempo semelhantes às ondas de água formadas em um lago quando uma pedra cai em sua superfície. A pedra corresponderia às estrelas em movimento espiral e o lago corresponderia ao espaço-tempo que as rodeia. Dependendo da estrutura das estrelas, como diâmetro e massa, a atração gravitacional será tão grande que fará com que as estrelas se choquem e explodam, gerando, além de ondas gravitacionais, ondas eletromagnéticas, chamadas explosões de radiação gama. De acordo com as características das ondas, como intensidade e frequência, pode-se identificar o tipo de estrelas que as geraram: estrelas de nêutrons ou estrelas estranhas.

Qual a importância da pesquisa?

O estudo de estrelas de nêutrons e de estrelas estranhas pela astrofísica pode levar ao entendimento de como a matéria se comporta em condições físicas extremas e, consequentemente, ao desenvolvimento de novos materiais e tecnologias.

Um exemplo de desenvolvimento tecnológico é observado no estudo da superfluidez, estado em que a matéria fica livre do atrito. Estudos sobre superfluidos criados em laboratórios tem mostrado propriedades físicas notáveis. Por exemplo, superfluidos compostos por partículas eletricamente carregadas são supercondutores elétricos, esses possuem aplicações tecnológicas diretamente relacionadas com a produção de imãs supercondutores. O estudo de matéria em condições extremas, como as encontradas em estrelas estranhas, poderá levar à produção de superfluidos capazes de aumentar, por exemplo, a eficiência de trens de grande velocidade e dos aparelhos de ressonância magnética, estes amplamente utilizados como ferramenta de apoio aos diagnósticos médicos.

Publicado em 13 de maio de 2015.