As massas das Estrelas de Nêutrons

Autor Livia Silva Rocha
Orientador Jorge Ernesto Horvath
Tipo de programa Doutorado
Ano da defesa 2023
Palavras chave Análise bayesiana
Equação de estado
Estrelas de Nêutrons
Massa máxima
Departamento Astronomia
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 (rho_sat = 2.8 × 10^ g/cm^3), 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 nos últimos anos colocaram 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 ENs 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}_ 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 são formados, 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 ENs extremamente massivas, em concordância com os resultados estatísticos sobre a amostra inferidos a partir da amostra observada.

Anexo Livia_Rocha_Thesis.pdf