A formação de um buraco negro pode ser um evento bastante violento, com uma estrela em fase terminal explodindo e alguns de seus remanescentes colapsando para formar um objeto com gravidade tão forte que nem mesmo a luz consegue escapar. Mas, às vezes, o processo também pode ser bem mais tranquilo, segundo uma pesquisa publicada nesta quinta-feira (12) na revista Science.
Cientistas 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 atração gravitacional.
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 quilômetros.
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. Em 2015, ela 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 Istituto Flatiron e da Universidade Columbia, em Nova York (Estados Unidos), principal autor da nova pesquisa.
Segundo o astrofísico, cientistas sabem há mais de 50 anos que os buracos negros existem, mas ainda têm evidências observacionais muito limitadas de como as estrelas se transformam em buracos negros. “Portanto, essa descoberta fornece uma visão importante sobre esse processo.”
A estrela analisada no estudo 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, porém 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 por meio 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”, afirmou 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.”
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 a astrofísica Andrea Antoni, do Instituto Flatiron, coautora do estudo.
“A gravidade, portanto, dominou, levando à formação de um buraco negro”, acrescentou De.
“O envelope externo da estrela foi ejetado suavemente, em vez de expelido explosivamente. Conforme 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, de acordo com Antoni.
“Para uma estrela desaparecer e implodir tão ‘tranquilamente’ como essa, 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 Morgan MacLeod, da Universidade Harvard, coautor do estudo.
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”, afirmou Antoni.
