Estrela desaparecida é misteriosamente substituída por buraco negro

Quando estrelas com oito vezes mais massa que o Sol chegam ao fim das suas vidas, elas explodem em supernovas espetaculares e deixam para trás um buraco negro ou uma estrela de nêutrons. Mas, agora, astrônomos liderados por Kishalay De, astrofísico do Instituto Masasshucets de Tecnologia, suspeitam ter encontrado uma estrela que parece ter se transformado diretamente em buraco negro, como se tivesse pulado a etapa da explosão.

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O astro intrigante é M31-2014-DS1, uma estrela supergigante na galáxia de Andrômeda. Foi em 2014 que astrônomos perceberam que ela havia ficado mais brilhante no infravermelho, e sua luminosidade se manteve por quase mil dias. Depois, ao longo de mil dias entre 2016 e 2019, ela voltou a perder brilho. Apesar de esta ser uma estrela variável, tais flutuações não deveriam acontecer. 

Para os autores, a estrela nasceu com cerca de 20 massas solares, mas esgotou suas reservas de combustível quando tinha apenas 6,7 massas estelares. Os dados sugerem que a estrela está cercada por um envelope de poeira, algo esperado de uma explosão de supernova. É aqui que está o problema: não há sinais de nenhum evento do tipo.

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“O desaparecimento dramático e sustentado da M31-2014-DS1 é excepcional no cenário de variabilidade em estrelas massivas e evoluídas”, escrevem os autores. Para eles, a queda repentina de luminosidade dela indica o fim da fusão nuclear seguido do choque subsequente, que não é capaz de superar a queda do material que sustentava a estrela. 

Representação de uma explosão de supernova (Imagem: NASA/ESA/Leah Hustak (STScI)

Como não há evidências da explosão da estrela, parece que sua detonação falhou, apesar de a massa ser ideal para um evento do tipo. Talvez a explicação esteja nos neutrinos, partículas que, junto dos nêutrons, são criadas no interior das estrelas em colapso. O processo gera uma explosão poderosa de neutrinos, tão intensa que leva cerca de 10% da energia da massa da estrela. Esta explosão é chamada de “choque de neutrinos”. 

A densidade dos neutrinos no núcleo da estrela é tanta que alguns delas depositam sua energia no material estelar, aquecendo-o até criar uma onda de choque. Quando ocorre, tal onda eventualmente se acalma, mas às vezes ela é reativada e causa uma explosão que afeta a camada mais externa da supernova. Se não for reativada, a onda de choque falha, a estrela colapsa sobre si própria e forma um buraco negro — e talvez tenha sido isso que aconteceu com a M31-2014-DS1. 

Ao restringir a quantidade de material liberado pela estrela, os pesquisadores descobriram que era muito abaixo daquilo que seria liberado por uma supernova. Assim, eles suspeitam que 98% da massa da estrela colapsou e criou um buraco negro com cerca de 6,5 massas solares. 

Os resultados mostram que talvez as supernovas não sejam tão bem compreendidas quanto pensávamos. Desvendá-las é importante, afinal, estas explosões são as responsáveis por criar muitos dos elementos pesados existentes, e suas ondas de choque são como o pontapé para processos de formação estelar. 

O artigo com os resultados do estudo foi publicado no repositório arXiv. 

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