Cientistas da UC contribuem para o estudo da matéria nuclear na fusão de estrelas de neutrões

 

Uma equipa de investigadores do Departamento de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC), em colaboração com o laboratório GANIL, em França, conseguiu identificar as propriedades de matéria não homogénea semelhante à que também se forma em supernovas ou na fusão de estrelas de neutrões: matéria nuclear pouco densa composta por protões, neutrões e núcleos leves, como os isótopos de hidrogénio e hélio.

O conhecimento da equação de estado da matéria nuclear em condições extremas de temperatura, densidade e fração de protões é essencial para interpretar observações de estrelas de neutrões, explosões de supernova ou fusão de estrelas de neutrões. Contudo, recriar estas condições em laboratório nem sempre é viável.

Recorrendo a uma abordagem inovadora para a análise de dados das partículas resultantes da colisão de iões pesados de xenon com estanho a energias intermédias, medidas com o detetor INDRA@GANIL, Tiago Custódio, aluno de doutoramento da FCTUC, descreveu as abundâncias das mesmas sem pressupor previamente a densidade do sistema. Para tal, utilizou o modelo teórico desenvolvido por Constança Providência e Helena Pais, investigadoras do Centro de Física da Universidade de Coimbra (CFisUC).

«Analisamos treze bins de velocidade, que representam partículas que se desacoplam da fonte quente em tempos distintos. Em cada bin, a temperatura e a densidade foram determinadas através de uma análise Bayesiana completa, desenvolvida pelo estudante, em colaboração com Tuhin Malik, investigador do CFisUC», explica Constança Providência, professora da FCTUC.

A análise baseou-se num modelo térmico microscópico, fundamentado na teoria relativista de campo médio para matéria nuclear, considerando os efeitos do meio, essenciais para uma descrição precisa da matéria. «Os resultados revelaram uma excelente correspondência com os dados experimentais através de dois modelos nucleares distintos. Os conjuntos estatísticos evidenciaram uma curva de arrefecimento a uma densidade quase constante, interpretada como uma densidade de congelamento abaixo da qual as partículas deixam de interagir nuclearmente», revela Tiago Custódio.

Como esclarecem os especialistas, as análises anteriores assumiam sempre um gás ideal ou um gás ideal modificado de nucleões livres e núcleos leves para estimar a densidade do sistema, tornando a densidade associada a cada bin uma consequência direta dessa hipótese inicial. No entanto, «os resultados obtidos permitem construir uma equação de estado realista, que inclui uma descrição precisa dos núcleos leves em matéria nuclear de baixa densidade», afirmam.

«Estas equações de estado são um contributo fundamental para simulações mais realistas da fusão de estrelas de neutrões, trazendo novos avanços ao estudo da astrofísica nuclear», conclui a equipa.

O artigo científico “Calibrating the Medium Effects of Light Clusters in Heavy-Ion Collisions”, que mostra os resultados obtidos, está publicado na revista Physical Review Letters e pode ser consultado aqui.

Sara Machado

Assessora de Imprensa

Universidade de Coimbra• Faculdade de Ciências e Tecnologia