A nova técnica proposta por pesquisadores dos EUA pode permitir identificar a estrutura interna de estrelas de nêutrons, um avanço que pode revelar se esses objetos extremos abrigam quarks em seus núcleos e como era a matéria nos instantes iniciais após o Big Bang.

Estrelas de nêutrons podem finalmente revelar o que escondem em seu interior graças às deformações de maré registradas nas ondas gravitacionais emitidas por sistemas binários em espiral. A expectativa dos cientistas é usar essas assinaturas para investigar a equação de estado da matéria ultradensa e verificar se seus núcleos abrigam quarks ou passam por transições de fase ainda desconhecidas.

Esses objetos são remanescentes supercompactos de supernovas, com massa superior à do Sol comprimida no tamanho de uma cidade. Em seu interior, prótons e elétrons são esmagados até formar nêutrons, mas pressões ainda maiores podem quebrar esses nêutrons em quarks e glúons, criando um plasma semelhante ao que existiu logo após o Big Bang.

Compreender essa estrutura extrema ajudaria a esclarecer as condições físicas do Universo primordial. Por isso, pares de estrelas de nêutrons — que orbitam uma à outra até colidirem em uma kilonova — são considerados a melhor oportunidade para sondar esse interior, já que suas órbitas produzem ondas gravitacionais sensíveis às deformações internas.

A equipe liderada por Nicolás Yunes e Abhishek Hegade afirma ter encontrado uma forma de decifrar a frequência dessas ondas, que carrega a "impressão" das oscilações internas das estrelas. À medida que se aproximam, cada estrela deforma a outra, e a quantidade de deformação depende diretamente do que há dentro delas.

O desafio é que essas estrelas orbitam a até 40% da velocidade da luz, exigindo cálculos baseados na relatividade geral. Além disso, as forças de maré mudam constantemente e os efeitos das duas estrelas se sobrepõem, dificultando a identificação dos modos de oscilação.

Para superar essa dificuldade, os pesquisadores trataram cada estrela separadamente, dividindo-a em regiões de gravidade forte e fraca e combinando soluções aproximadas. Descobriram que a perda de energia por ondas gravitacionais se cancela matematicamente, permitindo derivar um conjunto completo de modos oscilatórios compatível com a relatividade geral.

Com isso, mostraram que é possível descrever todos os modos internos de uma estrela de nêutrons e prever como eles aparecem nas ondas gravitacionais. Essa abordagem abre caminho para interpretar diretamente a estrutura interna desses objetos a partir de futuros dados observacionais.

Embora o estudo ainda seja teórico e os detectores atuais não tenham sensibilidade suficiente para captar essas frequências mais altas, os cientistas acreditam que a próxima geração de observatórios poderá finalmente revelar o interior dessas estrelas extremas.