Os astrônomos observaram uma estrela moribunda que se transformou num buraco negro.
© Caltech (animação de estrela que colapsou formando um buraco negro)
Esta observação notável é o registo observacional mais completo alguma vez feito da transformação de uma estrela num buraco negro, permitindo aos astrônomos construir uma abrangente imagem física do processo.
Combinando observações recentes da estrela com mais de uma década de dados de arquivo, os astrônomos confirmaram e refinaram modelos teóricos de como estrelas tão massivas se transformam em buracos negros. A equipe descobriu que a estrela não explodiu como uma supernova no final da sua vida; em vez disso, o núcleo da estrela colapsou num buraco negro, expulsando lentamente as suas camadas exteriores turbulentas no processo. A descoberta ajudará a explicar porque é que algumas estrelas massivas se transformam em buracos negros quando morrem, enquanto outras não.
A estrela agora extinta, chamada M31-2014-DS1, está localizada a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de distância da Terra, na vizinha galáxia de Andrômeda. Os pesquisadores analisaram as medições da estrela efetuadas pelo projeto NEOWISE da NASA e por outros telescópios terrestres e espaciais durante um período que vai de 2005 a 2023. Descobriram que a luz infravermelha de M31-2014-DS1 começou a aumentar de brilho em 2014. Depois, em 2016, a estrela caiu rapidamente muito abaixo da sua luminosidade original em apenas um ano. Observações em 2022 e 2023 mostraram que a estrela desapareceu essencialmente no visível e no infravermelho próximo, tornando-se 10.000 vezes menos brilhante nestes comprimentos de onda. O seu remanescente é agora apenas detectável no infravermelho médio, onde brilha com apenas um-décimo do brilho anterior.
Comparando estas observações com previsões teóricas, os pesquisadores concluíram que o dramático desvanecimento da estrela para uma fração tão pequena do seu brilho total original constitui uma forte evidência de que o seu núcleo colapsou e se tornou um buraco negro. As estrelas fundem hidrogênio em hélio nos seus núcleos, e esse processo gera uma pressão externa para equilibrar a incessante atração interna da gravidade. Quando uma estrela massiva, cerca de 10 ou mais vezes mais massiva do que o nosso Sol, começa a ficar sem combustível, o equilíbrio entre as forças internas e externas é perturbado. A gravidade começa a colapsar a estrela, e o seu núcleo sucumbe primeiro para formar uma densa estrela de nêutrons no centro. Muitas vezes, a emissão de neutrinos neste processo gera uma poderosa onda de choque que é suficientemente explosiva para rasgar a maior parte do núcleo e das camadas exteriores numa supernova. No entanto, se a onda de choque de neutrinos não conseguir empurrar o material estelar para fora, a teoria há muito que sugere que a maior parte do material estelar cairia de novo na estrela de nêutrons, formando um buraco negro.
As observações e análises de M31-2014-DS1 permitiram à equipe reinterpretar as observações de uma estrela semelhante, NGC 6946-BH1. Isto levou a um importante avanço na compreensão do que aconteceu às camadas exteriores que envolveram a estrela depois desta não ter conseguido entrar em supernova e ter colapsado num buraco negro, devido à convecção.
A convecção é um subproduto das grandes diferenças de temperatura no interior da estrela. O material perto do centro da estrela é extremamente quente, enquanto as regiões exteriores são muito mais frias. Esta diferença faz com que os gases no interior da estrela se desloquem das regiões mais quentes para as mais frias. Quando o núcleo da estrela entra em colapso, o gás nas suas camadas exteriores continua a mover-se rapidamente devido a esta convecção.
O gás em movimento em torno deste buraco negro recém-formado continua na sua órbita caótica, mesmo quando é lentamente puxado para dentro. Assim, a lenta queda gerada pela convecção impede que a estrela inteira colapse diretamente no buraco negro recém-nascido. Em vez disso, os pesquisadores propõem que, mesmo depois do núcleo implodir, uma parte do material cai lentamente ao longo de muitas décadas. Apenas cerca de um por cento do gás do invólucro estelar original cai no buraco negro, alimentando a luz que dele emana atualmente.
Um artigo foi publicado na revista Science.
Fonte: California Institute of Technology