A formação de um buraco negro pode ser um evento bastante violento, com uma estrela moribunda massiva explodindo e alguns de seus remanescentes colapsando para formar um objeto excepcionalmente denso com gravidade tão forte que nem mesmo a luz consegue escapar. Mas, como indicam novas observações, o processo às vezes pode ser tranquilo.

Pesquisadores rastrearam uma estrela grande e brilhante que, em seus estertores, praticamente desapareceu de vista ao se transformar em um buraco negro sem explodir. Agora, ela só é detectável devido a um brilho sutil causado pelo aquecimento do gás e da poeira remanescentes, que são sugados pela força gravitacional irresistível do buraco negro recém-nascido. O feito foi divulgado nesta quinta-feira (12) na Revista Science.

A estrela, chamada M31-2014 – DS1, estava localizada 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, equivalente a 9,5 trilhões de quilômetros (5,9 trilhões de milhas).

Segundo os pesquisadores, esse astro pode oferecer a melhor evidência até agora da formação de um buraco negro sem uma supernova (explosão estelar). Eles acompanharam como a estrela se manteve luminosa durante quatro décadas de observações antes de 2014. Depois, brilhou mais em 2015 antes de quase desaparecer de vista, o que é 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 quanto cerca de 13 vezes a do Sol podem formar buracos negros.

Os cientistas sabem há mais de 50 anos que os buracos negros existem, mas ainda têm “evidências observacionais muito, muito limitadas de como as estrelas se transformam em buracos negros. Portanto, esta descoberta fornece uma visão importante desse processo”, disse ele. “

A estrela começou sua existência com pelo menos 13 vezes a massa do nosso Sol. Ao longo de sua vida relativamente curta de 15 milhões de anos, seus poderosos ventos estelares expeliram cerca de 60% de sua massa.

A explosão de uma estrela massiva normalmente deixa para trás um objeto chamado estrela de nêutrons, que é extremamente compacto, mas não tanto quanto um buraco negro. Uma supernova desse tipo 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 processo de formação de uma supernova, uma estrela massiva esgota seu combustível nuclear e seu núcleo colapsa, formando brevemente uma estrela de nêutrons. Esse colapso gera uma onda de choque”, explicou o pesquisador.

Ele também acrescenta que: “Se o choque for bem-sucedido, ele expulsa completamente as camadas externas da estrela, causando uma supernova brilhante. No entanto, em alguns casos, acreditamos que o núcleo restante não é expelido e acaba retornando à estrela de nêutrons, fazendo com que ela colapse em um buraco negro”.

Em um processo chamado fusão termonuclear, as estrelas fundem hidrogênio em hélio em seus núcleos, gerando uma pressão externa que equilibra a força gravitacional incessante que atua para dentro. Quando o combustível nuclear se dissipa, o equilíbrio entre as forças internas e externas é perturbado e a gravidade faz com que o núcleo colapse.

No caso da M31-2014 – DS1, a onda de choque gerada pelo colapso do núcleo não conseguiu reunir energia suficiente para detonar a estrela.

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“Chamamos isso de supernova fracassada“, disse Andrea Antoni, astrofísica do Instituto Flatiron e coautora do estudo.

“Portanto, a gravidade dominou, levando à formação de um buraco negro. O envelope externo da estrela foi ejetado suavemente, em vez de expelido explosivamente. À medida que 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”, explicou Kishalay.

A expulsão das camadas externas da estrela é cerca de mil vezes menos energética do que uma supernova, afirmou Antoni.

“Para uma estrela desaparecer e implodir tão ‘silenciosamente’ como esta, acreditamos que a chave é que ela não esteja girando muito rápido antes do colapso, de modo que a maior parte de sua massa caia diretamente e apenas as camadas mais externas sejam desprendidas no processo”, disse Morgan MacLeod, astrônomo da Universidade de Harvard e coautor do estudo.

Os pesquisadores estão ansiosos para descobrir com que frequência os buracos negros se formam de maneira silenciosa. Eles já identificaram outra estrela que parece ter se transformado em um buraco negro sem uma explosão.

“Atualmente, existem muitas incertezas no âmbito teórico para saber qual a porcentagem de colapsos de núcleo de estrelas massivas que levam à formação de buracos negros”, concluiu Antoni.