O que a extinção de uma estrela maciça nos ensina sobre a origem dos buracos negros
Na galáxia de Andrômeda, uma estrela 13 vezes mais maciça que o Sol desapareceu sem deixar vestígios de seu brilho característico. Entre 2014 e 2024, o brilho da M31-2014-DS1 (o nome técnico dessa estrela supergigante) reduziu-se a apenas um décimo de milésimo de seu brilho anterior no espectro visível e no infravermelho próximo. De repente, ela tornou-se praticamente indetectável pelos instrumentos óticos atuais. O que teria acontecido?
Em um estudo publicado recentemente na prestigiada revista científica Science, pesquisadores americanos deram uma explicação para esse fenômeno: uma transformação não violenta de M31-2014-DS1 em um buraco negro estelar com cerca de 5 massas solares. Os novos resultados desafiam as teorias tradicionais sobre a formação desses fascinantes objetos astronômicos e abrem a possibilidade de que estrelas menos maciças também terminem sua existência na forma de um buraco negro. Além disso, eles poderiam nos ajudar a identificar buracos negros estelares em regiões do Cosmos onde não há sinais de uma explosão de supernova.
Mas quais são as considerações atuais sobre a formação de buracos negros a partir de uma estrela maciça?
Uma explosão estelar violenta se assemelha à vida de um ser vivo: à medida que envelhece, a estrela sofre mudanças em sua estrutura e composição. Enquanto uma estrela se encontra na sequência principal (onde passará a maior parte de sua existência), as reações de fusão nuclear em seu interior convertem o hidrogênio em hélio. Isso gera uma pressão que contrabalança a própria gravidade da estrela. Quando o combustível se esgota, o equilíbrio é rompido e a gravidade supera a pressão interna, provocando seu colapso. Assim, as estrelas com massa entre 15 e 20 vezes maior que a do Sol formarão um buraco negro. Durante o colapso estelar, uma grande quantidade de neutrinos (partículas sem carga e muito leves criadas durante as reações de fusão em seu núcleo) é gerada. Como consequência, ocorre uma poderosa onda de choque que rasga a estrela em uma supernova e expele seu material estelar para o exterior. Em um breve instante, essas explosões de supernova liberam enormes quantidades de energia, superando a emissão energética do Sol durante toda a sua existência.
Outra hipótese, no entanto, apresenta um cenário distinto e menos violento para o destino final de uma estrela maciça: as supernovas fracassadas. O nascimento tranquilo de um buraco negro pode ocorrer quando a onda de choque gerada no colapso é fraca demais para expelir violentamente o material estelar. Nesse caso, a estrela implode serenamente, transformando-se em um buraco negro sem explosão aparente. O que acontece então com as camadas de gás mais externas? A chave está nas correntes de convecção no interior de uma estrela. Com um núcleo extremamente quente e camadas externas muito mais frias, gera-se uma circulação de gás entre ambas as regiões. Quando o núcleo colapsa, o gás externo continua em movimento e as camadas mais externas são empurradas para fora. Esse movimento convectivo impede que a maior parte do material caia diretamente no buraco negro recém-formado. À medida que o material ejetado se afasta, sua temperatura diminui e seus átomos e moléculas começam a se combinar para formar poeira estelar, que absorve a energia gerada pelo gás quente e a reemite na forma de radiação infravermelha, resultando em um novo objeto astrofísico que brilha com um tom avermelhado característico.
