Estrelas gigantes podem se formar ao redor de buracos negros supermassivos

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 12 de Maio de 2021 às 08h00
NASA/CXC/M. Weiss

Estrelas geralmente se formam em enormes nuvens de gás e poeira que colapsam sob suas próprias gravidades, e esse tem sido o modelo mais corriqueiro para os astrônomos. Mas um novo artigo revelou algo que até então era impensável: estrelas massivas podem se formar em discos de acreção dos buracos negros, onde se espera que exista apenas plasma e matéria dilacerada girando em altas velocidades e temperaturas.

Discos de acreção podem se formar ao redor de outros objetos menos complexos, mas são famosos por surgirem nos buracos negros. Conforme algum tipo de material, como gás, poeira, e estrelas, se aproxima muito de um buraco negro, ele não cai diretamente no horizonte de eventos — de onde nada, nem a luz, pode escapar —, mas começa a orbitá-lo. Essa órbita formará um disco plano e a fricção tornará esse disco incrivelmente quente. Ele pode brilhar mais que a soma de centenas ou até bilhões de estrelas.

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No centro de nossa Via Láctea existe um buraco negro supermassivo chamado Sagitário A*. Atualmente, ele está silencioso e em jejum, ou seja, não está se alimentando de matéria e não há um disco de acreção ao seu redor. Mas em torno dele, a uma distância relativamente segura de poucos anos-luz de distância, há centenas de estrelas massivas orbitando o devorador titânico. E isso é estranho, considerando a quantidade de estrelas altamente massivas esperadas pelos modelos astronômicos.

Além disso, essas estrelas não deveriam existir por muito tempo, então os astrônomos ficaram intrigados porque é como se algo houvesse alimentado estrelas pequenas com muita massa e as rejuvenescido em alguns milhões de anos. A proposta de um estudo é realmente ousada — talvez essas estrelas interagiram com um disco de acreção ao redor do Sagitário A*, quando ele tinha um, roubando massa deles até se tornarem o que são hoje.

O disco colorido ao redor dos buracos negros são os discos de acreção (Imagem: Reprodução/Jingchuan Yu/Planetário De Pequim)

Para testar a ideia, os pesquisadores usaram a física conhecida de como as estrelas se formam e evoluem para ver como elas se comportariam caso estiverem no disco de acreção de um buraco negro supermassivo. Como os discos são muito mais densos do que nuvens de gás, a uma estrela pode então ganhar muito mais material para crescer do que receberia em um “berçário” de estrelas comum. Elas podem realmente ser capazes de atrair o gás do disco de acreção com sua própria gravidade e aumentar em massa e tamanho muito rápido.

De acordo com o estudo, uma estrela nessas condições pode começar relativamente pequena e crescer até quase 200 vezes a massa do Sol em apenas 70 milhões de anos, o que é simplesmente incrível. Porém, com essa massa, elas geram energia por meio da fusão nuclear em quantidades e velocidades insanas, o que significa que ficam muito quentes. Com todas essas características, elas deveriam atingir o Limite de Eddington — que é a maior luminosidade que uma estrela de certa massa pode ter e ainda estar em equilíbrio.

Outra consequência é que seu combustível para fusão nuclear acabaria muito mais rápido, então elas certamente explodiriam rapidamente, como toda estrela muito massiva, quente e bem comportada de acordo com as leis da física, faria. Só que não estas. Em um disco de acreção, as estrelas podem contornar esse limite, simplesmente burlando a natureza das coisas como um alquimista que encontrou a fonte da juventude. Literalmente, porque existe hidrogênio à vontade no disco de acreção dos buracos negros, e esse material acaba por se misturar dentro da estrela, descendo até o núcleo. Isso significa reabastecer o combustível de fusão nuclear diretamente de uma fonte riquíssima.

A lista de coisas fascinantes nesse modelo não acaba aí. Os cientistas também descobriram que quando as estrelas ficam enormes, elas também sopram um vento estelar forte o suficiente para enviar material de volta para o disco. E que material é este? São os elementos mais pesados que hidrogênio e hélio que a estrela foi capaz de produzir com sua fusão nuclear de alto desempenho. Isso vai de encontro com outras descobertas anteriores — alguns discos de acreção observados em outras galáxias possuem mais elementos pesados ​​do que o esperado. Será que essas estrelas improváveis também se formaram nessas galáxias?

Simulação de estrelas quentes e massivas ao redor de um buraco negro supermassivo (Imagem: Reprodução/ESO/L. Calçada/spaceengine.org)

Tudo isso é muito interessante, e provavelmente a pesquisa vai prosseguir com outras simulações. Por enquanto, sabe-se que em algum momento essas estrelas poderiam finalmente explodir ou influxo de matéria no disco de acreção termina por algum motivo — ainda não se sabe muito sobre como o Sagitário A* se comportou no passado, mas é muito provável que ele já foi bem agitado —, o disco cai no buraco negro, e o que resta são as estrelas rejuvenescidas orbitando o buraco negro a uma distância segura.

Será que isso aconteceu mesmo em nosso centro galáctico? Bem, o trabalho ainda é apenas uma hipótese e apenas observado em modelos e simulações, mas se é possível nas simulações, deve ser possível acontecer no buraco negro real, a menos que alguns fatores importantes tenham sido desconsiderados. As estrelas misteriosas estão lá e os astrônomos ainda querem saber o por quê, então essa pesquisa pode ter apenas começado.

Fonte: Bad Astronomy

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