O destino das estrelas mais massivas é um verdadeiro espetáculo cósmico. Ao final da vida, elas explodem como supernovas, deixando para trás objetos densos, como estrelas de nêutrons ou buracos negros. Alguns desses eventos, no entanto, são tão extremos que não deixam absolutamente nenhum vestígio. Cientistas detectam esses fenômenos raros pelas ondas gravitacionais, que revelam como a gravidade se comporta mesmo a anos-luz de distância.
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Um tipo especial de morte estelar é a supernova de instabilidade de pares, que acontece quando o núcleo da estrela para de fundir elementos. A fusão cria energia, mas ao formar ferro, o núcleo não consegue mais se sustentar. A gravidade assume o controle, e a estrela colapsa de maneira catastrófica, iniciando reações que podem destruí-la completamente.
Ilustração artística mostra uma explosão estelar com sutis indícios de um sistema binário de buracos negros ao fundo – Crédito: Carl Knox, OzGrav – Universidade de Tecnologia de Swinburne
Supernovas geram antimatéria e energia
Durante a explosão, o núcleo se comprime e surgem colisões nucleares que produzem elétrons e pósitrons, pares de matéria e antimatéria. Quando se encontram, eles se transformam em energia pura, liberando força suficiente para dispersar todas as camadas da estrela. Esse processo impede a formação de buracos negros diretamente a partir da estrela.
Nem todas as estrelas massivas conseguem produzir essas supernovas. Apenas aquelas com pouca presença de elementos pesados e massa entre 130 e 250 vezes a do Sol criam as condições certas. Isso gera uma “faixa proibida” de massas para buracos negros de origem estelar: objetos dentro desse intervalo simplesmente não se formam a partir de estrelas individuais.
Representação artística de uma antimatéria – Crédito: Remotevfx.com – Shutterstock
Estudo analisa “faixa proibida” de buracos negros
Vários estudos investigam essa lacuna na distribuição de buracos negros. Um trabalho publicado este mês na revista Nature usou dados do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser (LIGO), nos EUA, e dos projetos Virgo (Itália) e KAGRA (Japão), para estudar colisões de buracos negros e medir suas massas.
A pesquisa mostrou que o componente menor desses pares raramente ultrapassa cerca de 44 vezes a massa do Sol, enquanto o maior componente não segue essa regra.
Em um comunicado, Hui Tong, estudante de doutorado da Universidade Monash, na Austrália, e líder do estudo, explica: “Não existem buracos negros de origem estelar nessa faixa proibida porque as estrelas passam por supernovas de instabilidade de pares. Os únicos buracos negros desse tamanho surgem de fusões de objetos menores.”
O estudo conclui que buracos negros estelares com massas entre 50 e 130 vezes a do Sol são extremamente raros – já que só aparece após fusões de buracos negros menores. “Estamos vendo evidências indiretas de uma das explosões mais titânicas do cosmos: supernovas de instabilidade de pares. Ao mesmo tempo, estamos descobrindo que, uma vez formados, os buracos negros podem crescer por meio de fusões repetidas”, explicou a coautora, professora Maya Fishbach, ressaltando o impacto dessas descobertas na compreensão do cosmos.
Flavia Correia
Flávia Correia é jornalista do Olhar Digital, cobrindo Ciência e Espaço.
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Fonte: Olhar Digital