Astrônomos observam estrela que tranquilamente se transformou em buraco negro

Por Will Dunham

WASHINGTON, 12 Fev (Reuters) - A formação de um buraco negro pode ser um evento bastante violento, com uma estrela massiva em fase terminal explodindo e alguns de seus remanescentes colapsando para formar um objeto excepcionalmente denso com gravidade tão forte que nem mesmo a luz consegue escapar. Mas, como indicam novas observações, o processo, às vezes, pode ser bem mais tranquilo.

Pesquisadores rastrearam uma estrela grande e brilhante que, em seus momentos finais, praticamente desapareceu de vista, aparentemente se transformando em um buraco negro sem explodir como uma supernova. Agora, ela só é detectável devido a um brilho sutil causado pelo gás e poeira remanescentes que se aquecem ao serem sugados pela irresistível atração gravitacional do buraco negro recém-nascido.

A estrela, chamada M31-2014-DS1, residia na Galáxia de Andrômeda, vizinha da Via Láctea, a cerca de 2,5 milhões de anos-luz da Terra. Um ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano, 9,5 trilhões de km.

A M31-2014-DS1 pode oferecer a melhor evidência até agora da formação de um buraco negro sem uma supernova, afirmam os pesquisadores. Eles acompanharam como a estrela era luminosa em quatro décadas de observações antes de 2014, e emitiu um brilho em 2015 antes de quase desaparecer de vista, consistente com a transformação em um buraco negro.

"Isso fornece evidências observacionais da formação de buracos negros em tempo real, sugere que muitos buracos negros podem se formar sem explosões de supernovas e mostra que estrelas com massas tão baixas... podem formar buracos negros", disse o astrofísico Kishalay De, do Flatiron Institute e da Columbia University, em Nova York, principal autor da pesquisa publicada nesta quinta-feira na revista Science.

Os cientistas sabem há mais de 50 anos que os buracos negros existem, mas ainda têm "evidências observacionais muito, muito limitadas de como as estrelas se transformam em buracos negros", disse De.

"Portanto, essa descoberta fornece uma visão importante sobre esse processo."

A estrela começou sua existência com pelo menos 13 vezes mais massa do que o nosso Sol. Ao longo de sua vida relativamente curta, de 15 milhões de anos, poderosos ventos estelares expeliram cerca de 60% de sua massa.

A explosão de uma grande estrela normalmente deixa para trás um objeto chamado estrela de nêutrons, altamente compacto, mas não tanto quanto um buraco negro. Tal supernova pode produzir um buraco negro, dependendo da massa da estrela e de outros fatores, embora seja difícil confirmar através de observações que isso tenha ocorrido.

"No caminho da supernova, uma estrela massiva esgota seu combustível nuclear e seu núcleo entra em colapso, formando brevemente uma estrela de nêutrons. Esse colapso gera uma onda de choque", disse De.

"Se o choque for bem-sucedido, ele expele completamente as camadas externas da estrela como uma supernova brilhante. No entanto, em alguns casos, acreditamos que o núcleo restante não é empurrado para fora e acaba caindo de volta na estrela de nêutrons, fazendo com que ela entre em colapso e se transforme em um buraco negro", acrescentou De.

Em um processo chamado fusão termonuclear, as estrelas fundem hidrogênio em hélio em seus núcleos, gerando pressão externa que equilibra a incessante atração interna da gravidade. Quando o combustível nuclear se dissipa, o equilíbrio entre as forças internas e externas é desfeito e a gravidade faz com que o núcleo entre em colapso.

No caso da M31-2014-DS1, a onda de choque gerada pelo colapso do núcleo não conseguiu reunir energia suficiente para detonar a estrela.

"Chamamos isso de supernova fracassada", disse Andrea Antoni, astrofísica do Flatiron Institute e coautora do estudo.

"A gravidade, portanto, dominou, levando à formação de um buraco negro", disse De.

"O envelope externo da estrela foi ejetado suavemente, em vez de expelido explosivamente. À medida que esse material se expandia e esfriava, produzia um brilho infravermelho transitório. Depois disso, a estrela perdeu sua fonte de energia central e desapareceu de vista em todos os comprimentos de onda."

A expulsão das camadas externas da estrela é cerca de mil vezes menos energética do que uma supernova, disse Antoni.

"Para uma estrela desaparecer e implodir tão 'tranquilamente' como esta, acreditamos que o segredo é ela não estar girando muito rápido antes do colapso, de modo que a maior parte de sua massa caia diretamente e apenas as camadas mais externas sejam descartadas no processo", disse o astrônomo da Universidade de Harvard e coautor do estudo, Morgan MacLeod.

O buraco negro recém-nascido tem uma massa cerca de cinco vezes maior que a do Sol.

Os pesquisadores estão ansiosos para descobrir se é comum que buracos negros se formem dessa maneira silenciosa. Eles já identificaram outra estrela que parece ter se transformado em um buraco negro sem uma explosão.

"Atualmente, há muitas incertezas do lado teórico para saber qual porcentagem das mortes por colapso do núcleo de estrelas massivas leva à formação de buracos negros", disse Antoni.

(Reportagem de Will Dunham)

((Tradução Redação Brasília))

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