Quanto pesa uma colher de chá de estrela de nêutrons?

Ninguém nunca recolheu matéria de estrela de nêutrons, então o número é uma estimativa nossa, calculada a partir de estrelas medidas. O telescópio de raios X NICER da NASA, na Estação Espacial Internacional, mediu estrelas de nêutrons com cerca de 1,4 vez a massa do Sol e raios de mais ou menos 11 a 13 km. Usamos 1,4 massa solar e um raio de 12 km, uma bola de uns 24 km de diâmetro.

A conta: 1,4 × 1,989 × 10³⁰ kg dá cerca de 2,8 × 10³⁰ kg. Uma esfera com raio de 12.000 m tem volume de 4/3 × π × 12.000³, cerca de 7,2 trilhões de m³. Massa dividida por volume dá uma densidade média de cerca de 385 trilhões de kg por metro cúbico. Uma colher de chá de 5 ml tem 0,000005 m³, então cabe nela cerca de 1,9 bilhão de toneladas, que arredondamos para 2 bilhões.

A NASA arredonda mais e diz que uma colher de chá de matéria de estrela de nêutrons pesaria um bilhão de toneladas na Terra. Outros números populares chegam a 5 ou 6 bilhões de toneladas porque supõem matéria mais densa, de camadas mais profundas da estrela. Todos concordam na ordem de grandeza: bilhões de toneladas numa única colher.

Uma estrela de nêutrons não tem a mesma densidade de ponta a ponta. A densidade aumenta com a profundidade, de cerca de 1 bilhão de kg por metro cúbico na crosta a uma estimativa de 600 a 800 trilhões de kg por metro cúbico no núcleo. Uma colher de chá da crosta pesaria só umas 5 toneladas, enquanto uma colher do núcleo pesaria de 3 a 4 bilhões de toneladas.

A densidade média fica perto da de um núcleo atômico. Do que o núcleo da estrela é feito ainda é uma questão em aberto: a NASA descreve modelos com nêutrons e prótons comuns, e outros em que parte do núcleo é matéria exótica feita de quarks. Esclarecer isso é o principal objetivo do NICER.

As estrelas de nêutrons não são todas iguais, e o raio faz muita diferença, porque o volume cresce com o cubo dele. PSR J0437-4715, o pulsar de milissegundos mais próximo, a cerca de 510 anos-luz, tem 1,42 massa solar num raio de 11,4 km, o que dá cerca de 460 trilhões de kg por metro cúbico e 2,3 bilhões de toneladas por colher de chá.

PSR J0030+0451 tem mais ou menos a mesma massa, mas mediu cerca de 26 km de diâmetro, então a colherada média dela é mais leve, cerca de 1,5 bilhão de toneladas. PSR J0740+6620, a estrela de nêutrons mais pesada conhecida, com cerca de 2,1 massas solares, tem uns 24,8 km de diâmetro, o que dá cerca de 2,6 bilhões de toneladas. Esses tamanhos têm incertezas de vários por cento ou mais, e como o raio entra ao cubo, as incertezas da densidade são cerca de três vezes maiores.