Doutorado: As massas das Estrelas de Nêutrons

 

Resumo: Após quase 60 anos desde a descoberta do primeiro pulsar, a física das Estrelas de Nêutrons (ENs) ainda apresenta questões não respondidas que podem dar início a uma nova era na Ciência. Sendo as estrelas mais densas e pequenas observadas no Universo, com densidades médias acima da densidade de saturação nuclear (ρ_sat = 2.8 × 10^14 g/cm3), a reprodução de sua matéria em laboratórios terrestres se torna extremamente difícil. A amostra de ENs com massas medidas vem crescendo graças aos avanços tecnológicos e observacionais. A medição de propriedades macroscópicas destes objetos permite traçar suas origens e entender como são formados. As massas observadas vem colocando à prova a existência de um valor canônico impresso no nascimento. O intervalo de massas, bem maior do que antes era considerado possível, evidencia a existência de diferentes caminhos evolutivos. Além disso, a observação de ENs extremamente massivas, como o PSR J0952- 0607 com m = 2.35 ± 0.17 M⊙ entre outros que iremos comentar ao longo desta Tese, também tem testado o problema da massa máxima prevista pela Relatividade Geral (RG) combinada com a teoria da matéria supranuclear. Esta Tese tem como objetivo principal aplicar métodos computacionais de análise bayesiana à distribuição de massa das ENs para realizar inferências sobre a sua forma e o comportamento na região de altas massas. Em concordância com trabalhos anteriores, encontramos que a distribuição apresenta um caráter bimodal que se reflete na existência de ao menos duas populações de NSs distintas. No entanto, contrário a resultados prévios, mostramos que estes objetos podem atingir massas tão altas quanto 2.6 M⊙, dando suporte para classificar a componente menos massiva do evento GW190814, com massa m = 2.59+0.08−0.09 M⊙, como uma EN. Dado o cenário promissor das detecções de ondas gravitacionais (OGs), que pode auxiliar na resolução de diversos problemas relacionados à física das ENs, parte desta Tese foi dedicada à criação de um catálogo online de sistemas duplos de estrelas de nêutrons (eventuais fontes de OGs quando coalescerem), com o intuito de estudar como estes sistemas se formam, o que distingue os sistemas que vão coalescer daqueles que não irão, pelo menos no tempo de Hubble, e quais as “marcas” desta coalescência podem ser traduzidas em grandezas observáveis. Por último, visando contribuir para o problema da natureza da matéria encontrada no interior destas estrelas, esta Tese também apresenta um modelo de equação de estado (EE) baseado na “hipótese da matéria estranha” para descrever a composição interna de ENs através de um gás de quarks no estado conhecido como color-flavor-locking (CFL). Os resultados obtidos dão suporte à existência de estrelas super massivas, em concordância com os resultados estatísticos sobre a amostra inferida a partir da amostra observada.
Palavras-chave: estrelas de nêutrons, massa máxima, análise bayesiana, matéria superdensa