Estrelas de préons

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A blogagem a seguir foi enviada por Heraldo Henrique, 19 anos, estudante de Administração de Empresas, estudante de Astronomia desde os 6 anos de idade, presenteado aos 9 anos com um telescópio, iniciado ao campo da Astrofísica e da Mecânica Quântica pelo livro "O Universo Numa Casca de Noz", de Stephen Hawking, e pelas aulas de seus professores de Matemática e Física, com vasto conhecimento de Astronomia, querendo cursar Astronomia e a procura do curso para trabalhar o mais rápido possível no ramo. Possui uma página no Facebook que trata do tema como o nome de "Eu estudo Astronomia".

www.dailygalaxy.com

Uma estrela de preóns é uma estrela compacta e muito massiva e densa, hipotética, feita de préons, um grupo de partículas subatômicas que teoricamente poderiam compor os quarks up e down e léptons e eventualmente compor a matéria escura.

www.thinnai.com

Estrelas de preóns teriam densidades muito superiores a do núcleo atômico, excedendo 10^20 g/cm³ [Nota do editor 1], sendo intermediárias entre estrelas de quarks e buracos negros. Uma estrela de preón teria uma massa comparável com a massa do nosso planeta contida totalmente em um volume de cinco metros, uma coisa muito difícil de se imaginar.

Elas poderiam ser detectadas por meio das lentes gravitacionais de raios gama.[NdE 2] A existência de estrelas de preóns poderiam explicar a discrepância que existe nas observações e nos cálculos que existem  sobre  a massa das galáxias que levaram à hipótese da matéria escura, que só é conhecida por interagir gravitacionalmente no movimento das galáxias. Também podendo ser candidatas a compor os chamados MACHOs ,que são objetos compactos e muito massivos que interagem muito pouco com o universo visível.
Estrelas de preóns poderiam ter se formado a partir de explosões de supernovas ou a partir do próprio Big Bang, mesmo que seja ainda assim difícil de explicar sua real formação física.

No contexto do modelo padrão da física de partículas, não há um limite superior preciso para a densidade de estrelas compactas muito massivas mas estáveis. No entanto, se num nível mais fundamental das partículas elementares existir, sob a forma de prisões, a estabilidade pode ser restabelecida para além deste limite de densidade conhecido pela física. Se sabe que um gás degenerado interagir fermionicamente admite ​​estrelas estáveis compactas, com densidades muito além de que em estrelas de nêutrons e estrelas de quarks. No universo, elas só perderiam para os buracos negros em densidade.[NdE 3]

Fig. 1.  Massa máxima e correspondente centro densidade ρ c de uma estrela de préon contra o bolsão constante B.[NdE 4] As linhas cheias representam as soluções gerais relativísticas OV, ao passo que a linha tracejada representa a estimativa newtoniana (Chandrasekhar). Apesar da alta densidade central, a massa destes objetos é inferior ao limite de Schwarzschild, como é sempre o caso para as soluções para as equações estáticas estelares. M ⊕ ≃ 6 × 10^24  kg é a massa da Terra.[Ref 1]

Fig. 2.  O raio máximo e os correspondentes três primeiros modos normais das freqüências de oscilação ( f 0 , f 1 , f 2 ) vs o bolsão constante. A linha cheia na figura da esquerda é o raio "aparente", como visto por um observador distante. A linha tracejada representa o raio de coordenadas gerais relativísticas obtido a partir da solução OV, ao passo que a linha tracejada representa a estimativa newtoniana (Chandrasekhar). Uma vez que o modo fundamental f 0 é real (wo^2), Estrelas de préons com massa inferior ao máximo são estáveis, para cada valor de B .[Ref 1]

Referências

1. J. Hansson, F. Sandin; Preon stars: a new class of cosmic compact objects; Physics Letters B.,Volume 616, Issues 1–2, 9 June 2005, Pages 1–7.

 

Notas do editor

1. Leia-se "10 elevado à 20a potência" ou mais no jargão da Física, "10 na 20".

2. O campo das lentes gravitacionais de raios gama é um dos campos de ponta da Astronomia com aplicações em inúmeras detecções de corpos extremamente massivos. Alguns exemplo:

• A. Barnacka, J-F.Glicenstein, Y. Moudden; First evidence for a gravitational lensing-induced echo in gamma rays with Fermi LAT

• Masamune Oguri, Keitaro Takahashi; Gravitational lensing effects on the gamma-ray burst Hubble diagram; Phys.Rev. D73 (2006) 123002

3. A questão aqui pode ser objeto de interesse, e rapidamente, descobre-se não só sua antiguidade, mas sua profundidade: Limite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff
4. O conceito de "bolsão constante" (constant bag), numa tradução deste, é bastante sofisticado, e sinceramente, não posso ainda escrever sobre tal:

Para leituras sobre isto, recomendo:

• H.B. Nielsen; Approximate QCD lower bound for the bag constant B; Physics Letters B,  Volume 80, Issues 1–2, 18 December 1978, Pages 133–137
• J.C. Caillon, J. Labarsouque; Density dependence of the MIT bag constant in a quark-meson coupling model; Physics Letters B, Volume 425, Issues 1–2, 16 April 1998, Pages 13–18 
• Xuemin Jin and B. K. Jennings; Change of MIT bag constant in nuclear medium and implication for the EMC effect; Phys. Rev. C 55, 1567–1570 (1997)
• E merecendo uma tradução deste:
  

  2.1 The MIT Bag Model - www-subatech.in2p3.fr

  The bag model provides a useful phenomenological description of quarks being confined inside hadrons. Quarks are treated as massless particles inside a bag of finite dimension. They are infinitively massive outside the bag. Confinement results from the balance of the pressure on the bag walls from the outside and the pressure resulting from the kinetic energy of the quarks inside the bag. The bag pressure constant, B, is related to the equilibrium radius of the bag:
  
  
  
  
  For a baryon radius R=0.8 fm, B^1/4=206 MeV.
  Inside the bag perturbative QCD applies. The total color charge of the matter inside the bag must be colorless, thus valid hadronic bags can only contain qqq and states.

Extras

1

Sobre préons, um interessante artigo de divulgação da Scientific American:

• Don Lincoln; The Inner Life of Quarks 

2

Este editor é um colaborador intenso do artigo "estrela de quarks", da Wikipédia.

Estrelas de quarks são datas como "certas de existir", pelo simples fato que nêutrons, sabemos, são compostos de quarks. N natureza há partículas com mais do que os tgriviais três quarks dos bárions prótons e nêutrons. Quando de determinado tamanho, são chamadas de híperons. [Obs.: Recomendo do artigo Wiki em português rumar rapidamente para o em inglês, infeliz mas sinceramente.]

Assim uma estrela de quarke nada mais seria como que o "núcleo" de uma estrela de nêutrons, agora totalmente fundido e homogêneo em uma única partículas bariônica gigantesca, um enorme híperon.

www.astro.umd.edu

Lembremo-nos que da mesma maneira que estrelas de nêutrons tem "crosta" de matéria degenerada da mesma composição que estrelas anãs brancas, e sobre estas crostas ainda mais tênues do que seria matéria trivial ainda que imensamente comprimida (como a do núcleo terrestre, onde o ferro e o níquel passam de densidade de pouco menos de 9 para mais de 12 g/cm³). Estrelas de quarks teriam camadas de nêutrons, e assim por diante em camadas de menos ou mais densidade, de acordo o a distância do centro, e todos os corpos desta "família" teriam gradientes de densidade que formariam híperons de tamanhos diferentes.

abyss.uoregon.edu

Aqui, a questão hipoteticamente é simples de ser entendida. A questão complexa, e diria "mais espinhosa", é que estrelas de préons se baseiam em teorizações que ainda não possuem corroboração, de partículas que comporiam os quarks.




3

Neste blog, recomendamos a blogagem:

• Das moléculas aos buracos negros - Uma revista à escala da massa e ao processo de agregação dos corpos celestes

Para um ilustração bastante completa da questão densidade nos corpos celestes, com introdução ao corpo hipotético "estrela negra", que poderiam "por si" ser uma mostra do ponto de "conciliação" da Teoria da Relatividade com a Mecânica Quântica.



4

Sobre estrelas negras, na SciAm:

• Carlos Barceló , Stefano Liberati , Sebastiano Sonego and Matt Visser ; How Quantum Effects Could Create Black Stars, Not Holes 

5

Na poderosa Nature:

• Philip Ball; Splitting the quark

6

Dado que nossa capacidade de contrução de aceleradores é limitada pela engenharia, pela economia e poor fim pelas próprias dimensões necessárias, a observação ainda que indireta de tais corpos celestes poderia ser o passo seguinte na Física:

• Fredrik Sandin, Johan Hansson; Observational legacy of preon stars : probing new physics beyond the CERN LHC
• Focus: Nuggets of New Physics 

 
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