O surgimento do buraco negro estelar

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Imagem do telescópio Hubble

Quantas estrelas existem no Universo? Estima-se que somente na nossa galáxia, a Via Láctea, brilhem 100.000 milhões de  estrelas. Considerando-se que mais de 100 bilhões de galáxias permeiem o cosmos, saber o número total de estrelas que nos cerca é uma tarefa difícil. Sabemos, contudo, como essas estrelas evoluem: do seu nascimento a sua morte. O destino final de uma estrela depende, dentre outros fatores, de sua massa inicial. Estrelas supermassivas, com massa inicial acima de aproximadamente 8 vezes a massa do Sol, terminarão suas vidas em uma grande explosão, na qual parte de sua massa é ejetada. Por fim, o que restará será uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.

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Os elementos químicos mais abundantes no universo são o hidrogênio e o hélio. As estrelas se formam a partir desses elementos e os usam como combustível para gerar a energia necessária que as mantém estáveis. Devido ao campo gravitacional da própria estrela, os átomos de hidrogênio no núcleo colidem e fundem formando hélio, na chamada fusão nuclear. Com o passar do tempo, o hidrogênio no núcleo se exaure. Contudo, a pressão gravitacional causada pela região externa da estrela, rica em hidrogênio, continua, fazendo com que o núcleo se contraia. Essa compressão o aquece, permitindo à estrela gerar energia utilizando outro combustível:  o hélio, que se funde para formar carbono. Quando essa etapa FG12_17chega ao fim o núcleo se contrai mais uma vez, aquece e começa a queima do carbono gerando elementos mais pesados. Agora a estrutura da estrela é composta de camadas, como uma cebola: a superfície rica em hidrogênio é acompanhada de camadas sucessivas ricas em hélio e elementos mais pesados.

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Remanescente de uma supernova. Crédito da imagem: NASA/CXC/IAFE/G.Dubner et al & ESA/XMM-Newton

As estrelas supermassivas têm uma evolução relativamente rápida em comparação com estrelas parecidas com o Sol. Quanto mais massiva a estrela, mais rapidamente ela gasta sua energia e morre. A morte acontece quando o calor gerado nesses processos de fusão não conseguem mais conter a compressão gravitacional. O núcleo sofre um colapso e implode. Uma onda de choque violenta da origem a uma explosão das camadas exteriores, chamada de supernova. O material é expelido da estrela a velocidades de até 30.000 quilômetros por segundo. A estrela perde aproximadamente 90% de sua massa e se transforma em uma estrela de nêutrons caso sua massa inicial seja de até 20 vezes a massa do sol. Superando esse limite,  a estrela de nêutrons também colapsa e o fim catastrófico da estrela supermassiva resulta na formação de um buraco negro.

On the left, an optical image from the Digitized Sky Survey shows Cygnus X-1, outlined in a red box. Cygnus X-1 is located near large active regions of star formation in the Milky Way, as seen in this image that spans some 700 light years across. An artist's illustration on the right depicts what astronomers think is happening within the Cygnus X-1 system. Cygnus X-1 is a so-called stellar-mass black hole, a class of black holes that comes from the collapse of a massive star. New studies with data from Chandra and several other telescopes have determined the black hole's spin, mass, and distance with unprecedented accuracy.
Ilustração artística do buraco negro chamado Cygnus X-. Ele captura a matéria da estrela companheira formando um disco de acreção. Crédito: NASA/CXC/M.Weiss

Os buracos negros são, então, regiões do espaço com um campo gravitacional tão intenso que nada consegue escapar, nem mesmo a luz. E como podemos detectá-los se nada escapa? Nós observamos os buracos negros indiretamente através do efeito que ele causa em sua vizinhança. Por exemplo, quando o buraco negro tem uma estrela companheira, um disco de acreção é, muitas vezes, formado ao redor do buraco negro. Isso acontece pois as camadas mais externas da estrela companheira são capturadas pelo campo gravitacional do buraco negro. Esse fenômeno pode ser detectado.

Existem contudo outras formas de gerar buracos negros no universo e a morte de uma estrela supermassiva é um dentre esses processos. Provavelmente, muitos de vocês já ouviram falar dos gigantes encontrados nos centros das galáxias com massas que variam de milhões a bilhões de massas solares. Acredita-se que esse buracos negros foram formados quando o universo era bem mais jovem e denso.

Escrito por

Nascida na capital federal, morei nos EUA, Itália e atualmente me encontro no país mais populoso do mundo. Isso mesmo, estou morando na China, mais precisamente na cidade de Hefei. Sinta-se a vontade para procurar essa pequena cidade (para os parâmetros chineses) de mais de 7 milhões de habitantes no mapa. Sou formada em Física pela Universidade de Brasília e PhD em astrofísica pela universidade de Roma. Sempre ávida por dividir conhecimento, não somente no campo das ciências, mas também as minhas experiências pessoais , preferências literárias, etc. O leque é muito grande, então por simplicidade, digamos que gosto de debater sobre tudo e sobre nada, sobre qualquer coisa der na telha.

9 comentários em “O surgimento do buraco negro estelar

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