Uma estrela desapareceu e foi misteriosamente substituída por um buraco negro: WebCuriosos

Estrelas massivas cerca de oito vezes mais massivas que o Sol explodem como supernovas no final de suas vidas. As explosões, que deixam para trás um buraco negro ou uma estrela de nêutrons, são tão energéticas que podem ofuscar suas galáxias hospedeiras durante meses.

No entanto, os astrônomos parecem ter avistado uma estrela massiva que escapou da explosão e se transformou diretamente em um buraco negro.

As estrelas estão equilibrando a força externa da fusão e a força interna de sua própria gravidade. Quando uma estrela massiva entra nos seus últimos estágios evolutivos, começa a ficar sem hidrogénio e a sua fusão enfraquece.

A força externa de sua fusão não consegue mais neutralizar a poderosa gravidade da estrela, e a estrela entra em colapso sobre si mesma. O resultado é uma explosão de supernova, um evento calamitoso que destrói a estrela e deixa para trás um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.

No entanto, parece que por vezes estas estrelas não explodem como supernovas e, em vez disso, transformam-se diretamente em buracos negros.

Uma nova pesquisa mostra como uma estrela supergigante massiva e sem hidrogênio na galáxia de Andrômeda (M31) não conseguiu detonar como uma supernova.

A pesquisa é “O desaparecimento de uma estrela massiva marcando o nascimento de um buraco negro em M31.” O autor principal é Kishalay De, pesquisador de pós-doutorado no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT.

Esses tipos de supernovas são chamadas de supernovas de colapso do núcleo, também conhecidas como Tipo II. Eles são relativamente raros, ocorrendo um a cada cem anos na Via Láctea.

Os cientistas estão interessados ​​nas supernovas porque são responsáveis ​​pela criação de muitos dos elementos pesados ​​e as suas ondas de choque podem desencadear a formação de estrelas. Eles também criam raios cósmicos que podem atingir a Terra.

Esta nova pesquisa mostra que podemos não compreender as supernovas tão bem como pensávamos.

A estrela em questão chama-se M31-2014-DS1. Os astrônomos notaram seu brilho no infravermelho médio (MIR) em 2014. Durante mil dias, sua luminosidade foi constante. Depois, durante mais mil dias entre 2016 e 2019, desvaneceu-se dramaticamente.

É uma estrela variável, mas isso não explica essas flutuações. Em 2023, não foi detectado em observações de imagens ópticas profundas e de infravermelho próximo (NIR).

Os investigadores dizem que a estrela nasceu com uma massa inicial de cerca de 20 massas estelares e atingiu a sua fase terminal de combustão nuclear com cerca de 6,7 massas estelares.

As suas observações sugerem que a estrela está rodeada por uma camada de poeira recentemente ejectada, de acordo com uma explosão de supernova, mas não há evidência de uma explosão óptica.

“O desvanecimento dramático e sustentado de M31-2014-DS1 é excepcional no cenário de variabilidade em estrelas massivas e evoluídas”, escrevem os autores.

“O súbito declínio da luminosidade em M31-2014-DS1 aponta para a cessação da queima nuclear juntamente com um choque subsequente que não consegue superar o material em queda.”

Uma explosão de supernova é tão poderosa que supera completamente o material que cai.

“Na falta de qualquer evidência de uma explosão luminosa a tal proximidade, as observações de M31-2014-DS1 indicam assinaturas de um SN ‘falha’ que leva ao colapso do núcleo estelar”, explicam os autores.

O que poderia fazer uma estrela não explodir como uma supernova, mesmo que tenha a massa certa para explodir?

Supernovas são eventos complexos. A densidade dentro de um núcleo em colapso é tão extrema que os elétrons são forçados a se combinar com os prótons, criando nêutrons e neutrinos. Este processo é chamado de neutronização e cria uma poderosa explosão de neutrinos que transporta cerca de 10% da energia da massa restante da estrela. A explosão é chamada de choque de neutrinos.

Os neutrinos recebem esse nome porque são eletricamente neutros e raramente interagem com a matéria normal. A cada segundo, cerca de 400 mil milhões de neutrinos do nosso Sol passam através de cada pessoa na Terra.

Mas num núcleo estelar denso, a densidade dos neutrinos é tão extrema que alguns deles depositam a sua energia no material estelar circundante. Isso aquece o material, o que gera uma onda de choque.

O choque do neutrino sempre para, mas às vezes revive. Quando revive, provoca uma explosão e expele a camada externa da supernova. Se não for revivida, a onda de choque falha e a estrela entra em colapso e forma um buraco negro.

No M31-2014-DS1, o choque de neutrinos não foi revivido. Os pesquisadores conseguiram restringir a quantidade de material ejetado pela estrela, e ela estava muito abaixo do que uma supernova ejetaria.

“Essas restrições implicam que a maior parte do material estelar (-5 massas solares) entrou em colapso no núcleo, excedendo a massa máxima de uma estrela de nêutrons (NS) e formando um BH”, concluem.

Cerca de 98% da massa da estrela entrou em colapso e criou um buraco negro com cerca de 6,5 massas solares.

M31-2014-DS1 não é a única supernova fracassada, ou candidata a supernova fracassada, que os astrônomos encontraram. Eles são difíceis de detectar porque são caracterizados pelo que não acontece, e não pelo que acontece. É difícil não notar uma supernova porque é muito brilhante e aparece repentinamente no céu. Astrônomos antigos registraram vários deles.

Em 2009, os astrónomos descobriram a única outra supernova falhada confirmada. Era uma estrela vermelha supergigante em NGC 6946, a “Galáxia dos Fogos de Artifício”. Chama-se N6946-BH1 e tem cerca de 25 massas solares.

Depois de desaparecer de vista, deixou apenas um leve brilho infravermelho. Em 2009, a sua luminosidade aumentou para um milhão de luminosidades solares, mas em 2015, tinha desaparecido na luz óptica.

Uma pesquisa com o Grande Telescópio Binocular monitorou 27 galáxias próximas, em busca de estrelas massivas em desaparecimento. Os resultados sugerem que entre 20% e 30% das estrelas massivas podem terminar as suas vidas como supernovas falhadas. No entanto, M31-2014-DS1 e N6946-BH1 são as únicas observações confirmadas.

Este artigo foi publicado originalmente por Universo hoje. Leia o artigo original.