As estrelas de
neutrões são um dos objetos mais densos do Universo. Podem ser
vistas como núcleos gigantes muito ricos em neutrões, mas a sua
verdadeira composição ainda é uma incógnita: será que no seu
interior os quarks estão desconfinados? Será que na sua composição
além de protões e neutrões também existem hiperões, partículas
parecidas aos nucleões, mas contendo um quark estranho?
Explorando o
potencial do método de regressão simbólica, uma ferramenta no
âmbito de técnicas de machine learning, que fornece relações
algébricas entre diferentes propriedades, uma equipa de cientistas
do Departamento de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da
Universidade de Coimbra (FCTUC) obteve uma relação entre a massa
máxima de uma estrela de neutrões e a sua equação de estado.
Esta relação,
descrita na revista científica Physics
Letters B,
reduz os cálculos computacionais por um fator de sete, numa das
etapas essenciais da procura de modelos compatíveis com as
observações. O cálculo utiliza a inferência de Bayes, que pode
ser muito demorada, uma vez que é necessário resolver as equações
diferenciais que determinam a massa e o raio da estrela para vários
milhões de modelos.
«Com
os atuais dados experimentais e observacionais disponíveis e os
dados que serão recolhidos nas próximas décadas, espera-se que a
composição destes objetos seja finalmente desvendada»,
afirma Constança Providência, investigadora do Centro de Física da
Universidade de Coimbra (CFisUC) e professora da FCTUC. «Extrair
das observações astronómicas as propriedades da matéria que
interage pela força forte, como a matéria nuclear, a altas
densidades, é, no entanto, outro desafio»,
considera.
As utilizações
de métodos estatísticos revelam-se essenciais para o sucesso deste
problema. No entanto, de acordo com os especialistas, determinar o
modo como a matéria sujeita a densidades e pressões extremamente
elevadas se comporta dentro destes objetos - isto é, qual é a sua
equação de estado, partindo do conhecimento da massa e raio das
estrelas de neutrões, é um problema complicado que exige muitas
horas de cálculo, pela quantidade de modelos que têm de ser
testados.
«Num
futuro próximo, esperamos que seja possível descodificar a equação
de estado da matéria densa diretamente a partir do conhecimento
preciso dos observáveis das estrelas de neutrões, utilizando estas
técnicas computacionais avançadas, o que nos permitirá desvendar
as propriedades da matéria bariónica a altas densidades. Assim,
será possível saber a que densidades os quarks deixam de estar
confinados aos nucleões e se a transição de fase para a matéria
desconfinada é uma transição de primeira ordem»,
concluem os investigadores envolvidos.
O artigo
científico “Inferring
the equation of state from neutron star observables via machine
learning”
é uma colaboração conjunta entre os investigadores Tuhin Malik,
Helena Pais e Constança Providência do CFisUC, juntamente com
investigadores na China e na Índia, e pode ser consultado aqui.
*Sara
Machado
Assessora
de Imprensa
Universidade
de Coimbra• Faculdade de Ciências e Tecnologia
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