Neutron stars (NS) are born in core-collapse supernova events, and, along with black holes, are one of the most compact objects in the Universe. Magnetars are a class of neutron stars that have very strong magnetic fields, of the order of 10^{15} G at the surface, and a slow rotation period, of the order of 1-12s. These objects are still yet to be understood in more detail, but thanks to the technological era we live in, soon more light will be shed into them, and a better comprehension, both at the macro- and microscopical levels, will be possible.
The present new and very exciting multi-messenger era for the astronomy, nuclear, gravitational and astrophysics community was set by the detection of gravitational wave signals from the collision of two neutron stars by the LIGO and Virgo interferometers in 2017 [2], and followed up by the detection of the gamma-ray burst GRB170817A and the electromagnetic transient AT2017gfo. Later, in 2019, a second and third signals, GW190425 and GW190814 [3], were detected, the first one a larger system than those of any binary NS known to date, and the latter a system involving the collision of a black hole with a 2.5-2.67 Msun compact object, that has not been ruled out yet to be a NS. The NICER collaboration has published new radius and mass measurements from PSRJ0030+0451 which have been able to set new constrains in neutron star matter [4].
In this project, unified equations of state for non-magnetised and magnetised nuclear and stellar matter, which are the essential ingredient to build the stars’ mass-radius relation, will be constructed, consistent with recent theoretical, experimental and observational developments, and which may advance our current understanding of compact astrophysical objects and dense nuclear matter equation of state. Such equations of state can then be used in core-collapse supernovae and binary neutron star mergers simulations.
Special attention will be given to the non-homogeneous equation of state at sub-saturation densities. Light nuclear clusters measured in heavy-ion collisions, under similar thermodynamic conditions, will AT allow the construction of a calibrated equation of state. Recently, the importance of including in-medium effects in the analysis of HIC data was demonstrated, and a new EoS with light clusters for stellar and Si nuclear matter was built. Some of the presently available most popular equations of state for supernova simulations only consider alpha clusters, and equations of state based on a statistical model do not consider adequately in medium modifications of nuclear clusters at finite temperature. A calibrated sub-saturation equation of state where light clusters and pasta phases are included will therefore be calculated. The role of the symmetry energy will be taken into consideration. The unified equation of state for neutron stars and core-collapse supernovae will be next constructed, and made publicly available.
The construction of the first unified equation of state for magnetized matter based on the previous (non-magnetized) calibrated equation of state, including non-homogeneous matter that extends up to the saturation density, and the appearance of exotic degrees of freedom at high densities, such as hyperons and quarks, will be calculated.
Dissemination of the research results will include the publication of all scientific papers in the open-access arXiv repository for electronic preprints, and the calibrated equations of state in the CompOSE database.
Sobre
As estrelas de neutrões nascem em supernovas, e são um dos objectos mais densos do Universo, assim como os buracos negros. Os magnetares [1] são uma classe de estrelas de neutrões que têm campos magnéticos muito fortes associados, da ordem de 10^{15} G à superfície, e um período de rotação lento, entre 1 e 12 s aproximadamente. Ainda muito pouco se sabe sobre estes objectos, mas graças à era tecnológica em que vivemos, é de esperar que muito em breve novas descobertas serão feitas, o que permitirá um melhor entendimento destes astros, quer do ponto de vista macroscópico como do ponto de vista microscópico.
A presente era multi-mensageira para a astronomia, física nuclear e gravitacional, e astrofísica teve início em 2017 com a detecção pelos interferómetros LIGO e Virgo de sinais de ondas gravitacionais com origem na colisão de duas estrelas de neutrões [2]. Posteriormente, foram também detectados um gamma-ray burst GRB170817A, e um transiente eletromagnético AT2017gfo. Mais tarde, em 2019, foram detectados mais dois sinais, GW190425 e GW190814 [3], o primeiro proveniente de um sistema maior do que qualquer binário de estrelas de neutrões até aí conhecido, e o segundo envolvendo a colisão de um buraco negro com um objecto compacto com 2.5-2.67 Msun, que ainda não foi descartado como sendo uma possível estrela de neutrões muito massiça. Recentemente, a colaboração NICER publicou novas medições de massa e raio da pulsar PSRJ0030+0451 que trazem novos vínculos na matéria de estrela de neutrões [4].
Neste projeto, equações de estado unificadas para matéria estelar e nuclear magnetizada e não-magnetizada, que são o ingrediente essencial para determinar a relação massa-raio das estrelas, vão ser construídas, consistentes com recentes desenvolvimentos teóricos, experimentais e observacionais, e que podem fazer avançar o nosso conhecimento sobre estes objectos astrofísicos muito compactos, e também sobre a equação de estado para matéria estelar densa. Estas equações de estado podem depois ser usadas em simulações de supernovas e de colisão de duas estrelas de neutrões.
Vamos dedicar especial atenção ao cálculo da equação de estado para matéria a densidades de subsaturação [5-8]. Agregados nucleares leves, que são também medidos em colisões de iões pesados, em s circunstâncias termodinâmicas semelhantes, serão incluídos na construção da equação de estado. Recentemente, foi demonstrada a importância de incluir efeitos do meio na análise de dados de HIC, e uma nova EoS com agregados leves para matéria estelar e nuclear foi construída [I]. Algumas das actuais e mais populares equações de estado entre a comunidade apenas consideram agregados alpha, e as equações de estado baseadas em modelos estatísticos não consideram adequadamente modificações devidas a efeitos do meio e temperatura nos agregados nucleares. Uma equação de estado calibrada para densidades de subsaturação com agregados nucleares leves e pesados (fases de pasta) será calculada. O papel da energia de simetria também será tido em consideração. A equação de estado completa e unificada para estrelas de neutrões e eventos de supernova será construída e tornada pública.
De seguida, a construção da primeira equação de estado para matéria magnetizada baseada na equação de estado anterior calibrada (não magnetizada), com a inclusão de matéria não-homogénea até à densidade de saturação, e com o aparecimento de graus de liberdade exóticos a altas densidades, como hiperões e quarks, será calculada.
A disseminação dos resultados científicos deste projeto será feita através da publicação de todos os artigos no repositório de acesso livre arXiv, e das equações de estado na base de dados CompOSE.
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