How big is Estrela de nêutrons?

Uma estrela de nêutrons é o núcleo colapsado de uma estrela massiva que explodiu como supernova, a explosão que põe fim à vida de algumas estrelas grandes. Ela concentra mais massa do que o Sol em uma esfera com cerca de 24 a 26 quilômetros de largura. Essa largura é o diâmetro da estrela, medido em linha reta pelo centro.

Tamanho

Cientistas acreditam que uma estrela de nêutrons tem uma crosta sólida de átomos pesados sob uma atmosfera fina de hidrogênio ou hélio. Isso lhe dá uma superfície cujo tamanho pode ser medido. Medições precisas vêm do NICER, um telescópio de raios X a bordo da Estação Espacial Internacional.

O NICER estuda pulsares, estrelas de nêutrons que giram rapidamente. Usando seus dados, astrônomos determinaram que o pulsar PSR J0030+0451 tem cerca de 26 quilômetros de largura e cerca de 1,4 vez a massa do Sol. O PSR J0740+6620, com cerca de 2,1 vezes a massa do Sol, mediu cerca de 25 quilômetros de largura na análise de uma equipe e cerca de 27 na de outra. Em 2024, um terceiro pulsar, o PSR J0437−4715, foi medido em cerca de 23 quilômetros de largura.

Cada um desses resultados tem uma incerteza de alguns quilômetros. Combinando os resultados dos dois primeiros pulsares com outras observações, uma equipe determinou, em 2021, que uma estrela de nêutrons típica, com 1,4 vez a massa do Sol, tem um raio de 12,45 quilômetros, com uma margem de 0,65. Isso resulta em um diâmetro de cerca de 24 a 26 quilômetros.

Comparações de tamanho

A NASA compara a largura de uma estrela de nêutrons com o comprimento da ilha de Manhattan, em Nova York.
Correr uma volta completa ao redor do equador de uma estrela de nêutrons de 24 quilômetros de largura cobriria cerca de 75 quilômetros, o equivalente a cerca de 1,8 maratonas.
Fobos, a maior lua de Marte, tem cerca de 27 quilômetros de comprimento, um pouco mais que a largura de uma estrela de nêutrons. Ainda assim, uma estrela de nêutrons típica tem cerca de 260 trilhões de vezes a massa de Fobos.
O Sol tem cerca de 1,39 milhão de quilômetros de diâmetro, 58.000 vezes a largura de uma estrela de nêutrons de 24 quilômetros.
Se uma estrela de nêutrons fosse reduzida ao tamanho de uma bola de basquete, o Sol, na mesma escala, seria uma esfera de cerca de 14 quilômetros de diâmetro.

Como se forma uma estrela de nêutrons

No fim de sua vida, uma estrela muitas vezes mais pesada que o Sol esgota o combustível em seu núcleo. O núcleo colapsa sob o próprio peso, e a estrela explode como supernova. As mais pesadas dessas estrelas deixam para trás buracos negros. As mais leves deixam estrelas de nêutrons.

O colapso funde os prótons e elétrons do núcleo, formando nêutrons, as partículas que dão nome à estrela. Se o núcleo em colapso tiver entre cerca de 1 e 3 vezes a massa do Sol, os nêutrons podem interromper o colapso.

O que há por dentro

Cientistas acreditam que uma estrela de nêutrons é formada em camadas. Abaixo da crosta, a pressão rompe os átomos, formando um mar composto majoritariamente por nêutrons. Mais fundo, os nêutrons ficam comprimidos até duas vezes mais densamente do que as partículas em um núcleo atômico. Ainda não se sabe que forma a matéria assume bem no centro.

Em média, cada centímetro cúbico de uma estrela de nêutrons típica contém entre 300 milhões e 400 milhões de toneladas métricas. Medir o tamanho e a massa das estrelas de nêutrons permite que físicos determinem como a matéria tão densa se comporta. O PSR J0740+6620 tem quase 50% mais massa que o PSR J0030+0451, mas tem essencialmente o mesmo tamanho. Esse resultado contraria algumas ideias segundo as quais a matéria no centro seria mais fácil de comprimir.

Os pulsares e sua descoberta

Walter Baade e Fritz Zwicky propuseram, em 1934, a existência das estrelas de nêutrons. Jocelyn Bell Burnell descobriu os primeiros pulsares em 1967. A maioria das estrelas de nêutrons conhecidas é observada como pulsares. Cada uma emite feixes que varrem o céu conforme gira, como a luz de um farol, de modo que parece piscar.

Pulsares podem girar muito rápido. O PSR J0740+6620 gira 346 vezes por segundo. O NICER cronometra a chegada de cada raio X de um pulsar com precisão de 100 nanossegundos, ou 100 bilionésimos de segundo. A variação no brilho mostra o quanto a estrela curva a luz, e, a partir disso e de sua massa, os cientistas conseguem determinar seu tamanho.