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Que Quantidade de Massa Dá Origem a um Buraco Negro?

Este é um artigo publicado pela ESO em 18 de agosto de 2010. O texto foi adaptado para o português do Brasil.

Os créditos de imagem pertencem a ESO

Utilizando o Very Large Telescope do ESO, astrônomos europeus demonstraram, pela primeira vez, que uma estrela magnética – um tipo invulgar de estrela de neutrons – se formou a partir de uma estrela com pelo menos 40 vezes a massa do Sol. O resultado desafia grandemente as atuais teorias de evolução estelar, uma vez que, segundo estas teorias, uma estrela com massa desta magnitude deveria transformar-se num buraco negro, e não numa estrela magnética. Levanta-se assim uma questão fundamental: que quantidade de massa deve possuir uma estrela para dar origem a um buraco negro?


Para chegarem a estas conclusões, os astrônomos observaram detalhadamente o aglomerado estelar Westerlund 1, situado a 16 000 anos-luz de distância na constelação austral do Altar . A partir de estudos anteriores , os astrônomos já sabiam que Westerlund 1 é o super aglomerado estelar mais próximo conhecido, contendo centenas de estrelas de grande massa, algumas brilhando com a luminosidade de quase um milhão de sóis e outras com duas mil vezes o diâmetro do Sol (tão grandes como a órbita de Saturno).

“Se o Sol estivesse situado no centro deste aglomerado, o nosso céu noturno estaria repleto de centenas de estrelas tão brilhantes como a Lua Cheia,” diz Ben Richie, autor principal do artigo científico que apresenta estes resultados.

Westerlund 1 é um fantástico zoo estelar, que apresenta uma população de estrelas diversa e exótica. As estrelas no aglomerado partilham uma coisa em comum:  todas têm a mesma idade, estimada entre os 3.5 e os 5 milhões de anos, já que o aglomerado  se formou a partir de um único evento de formação estelar.

Uma
estrela magnética é um tipo de estrela de neutrons que possui um campo magnético extremamente forte – mil bilhões de vezes mais forte que o da Terra – que se forma quando certos tipos de estrelas sofrem explosões de supernova.  O aglomerado Westerlund 1 abriga uma das poucas estrelas magnéticas conhecidas na Via Láctea. Por pertencer a esse aglomerado, os astrônomos puderam deduzir que esta estrela magnética deve ter-se formado a partir de uma estrela com pelo menos 40 vezes a massa do Sol.

Uma vez que todas as estrelas no Westerlund 1 têm a mesma idade, a estrela que explodiu e deixou como resto uma estrela magnética deve ter tido uma vida mais curta do que as restantes estrelas do aglomerado. “Como o tempo de vida de uma estrela está diretamente relacionado com a sua massa – quanto mais massa tem uma estrela, mais curta é a sua vida – se medirmos a massa de qualquer das estrelas sobreviventes, saberemos com certeza que a estrela de vida mais curta que deu origem à estrela magnética deve ter tido ainda mais massa do que a massa medida”, diz o co-autor e líder da equipe Simon Clark. “Isto é extremamente importante, já que não existe nenhuma teoria aceita sobre como se formam estes objetos extremamente magnéticos.”

Os astrônomos estudaram por isso as estrelas que pertencem ao sistema duplo em eclipse W13 no Westerlund 1, utilizando o fato de que, num tal sistema, as massas podem ser determinadas diretamente a partir do movimento das estrelas.

Comparando com estas estrelas, descobriram que a estrela que deu origem à estrela magnética deve ter tido pelo menos 40 vezes a massa do Sol. O que prova pela primeira vez que as estrelas magnéticas podem formar-se a partir de estrelas de tão grande massa, estrelas essas que esperaríamos que formassem buracos negros. O que assumíamos anteriormente era que estrelas com massas iniciais entre 10 e 25 massas solares formariam estrelas de neutrons e aquelas com massas iniciais superiores a 25 massas solares dariam origem a buracos negros.

“Estas estrelas têm que se ver livres de mais de nove décimos das suas massas antes de explodirem como supernovas, porque senão darão antes origem a um buraco negro,” diz o co-autor Ignacio Negueruela. “Perdas de massa tão elevadas antes da explosão apresentam um grande desafio às atuais teorias de evolução estelar.”

“O que levanta a questão de saber quanta massa deve ter uma estrela para que ao colapsar forme um buraco negro, uma vez que estrelas com mais de 40 massas solares não o conseguem,” conclui o co-autor Norbert Langer.

O mecanismo de formação preferido dos astrônomos postula que a estrela que se transforma em estrela magnética – a progenitora – tenha nascido com uma companheira estelar. À medida que ambas as estrelas evoluem começam a interagir, utilizando a energia derivada dos seus movimentos orbitais na ejeção, por parte da estrela progenitora, das enormes quantidades de massa necessárias. Embora não se observe atualmente nenhuma estrela companheira, isto pode dever-se ao fato da supernova que formou a estrela magnética ter originado a separação do binário, ejetando do aglomerado ambas as estrelas em alta velocidade.

“Se este é o caso, então os sistemas binários poderão ter um papel importante na evolução estelar ao originar perda de massa – o derradeiro “plano de dieta” cósmico para estrelas de grande massa, o qual faz deslocar mais de 95% da sua massa inicial,” conclui Clark.

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