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Quão massiva deve ser uma estrela para virar um buraco negro?

Impressão artística mostra como seria a magnetar - estrela de nêutrons - no aglomerado Westerlund 1

Astrônomos europeus demonstraram pela primeira vez como uma estrela com massa 40 vezes maior do que o Sol originou, ao explodir, uma magnetar - um tipo raro de estrela de nêutrons com alto valor de campo magnético. O resultado desafia as teorias atuais que explicam como uma estrela se desenvolve, já que uma estrela tão massiva como esta deveria virar um buraco negro e não uma magnetar. O que levanta uma questão fundamental: quão massiva deve ser uma estrela para virar um buraco negro?

O pressuposto anterior era de que estrelas com massas iniciais entre 10 e 25 massas solares formariam estrelas de nêutrons e as acima de 25 massas solares produziriam buracos negros.

Para chegar às conclusões, os astrônomos olharam em detalhe o aglomerado de estrelas Westerlund, localizado a 16.000 anos-luz de distância na constelação de Ara (Altar). A partir de estudos anteriores, eles sabiam que Westerlund era o aglomerado de super estrelas mais próximo, com centenas de estrelas muito maciças, algumas com um brilho de quase um milhão de sóis e outras com cerca de duas mil vezes o diâmetro do Sol (tão grande quanto a órbita de Saturno).

"Se o Sol estivesse no centro deste aglomerado, o nosso céu estaria cheio de centenas de estrelas tão brilhantes como a Lua cheia", diz Ben Ritchie, autor do relatório.

A magnetar tem campo magnético um milhão de bilhões de vezes mais forte do que o da Terra, e é formada quando certas estrelas sofrem explosões de supernovas. O Westerlund 1 hospeda algumas das poucas magnetares conhecidas da Via Láctea. Graças à localização, os astrônomos foram capazes de fazer a dedução de seu tamanho.

A pesquisa

Como todas as estrelas no aglomerado têm a mesma idade, a estrela que explodiu e originou a magnetar deve ter tido uma vida mais curta do que as estrelas sobreviventes. "Já que a vida de uma estrela está diretamente ligada à sua massa - quanto mais pesada é uma estrela, menor a sua vida - e como só podemos medir a massa de uma estrela sobrevivente, sabemos com certeza que a estrela que se tornou a magnetar é mais massiva que ela ", diz o co-autor e líder da equipa Simon Clark. "Isso é de grande importância uma vez que não existe uma teoria aceita de como tais astros extremamente magnéticos são formados."

Os astrônomos estudaram, portanto, as estrelas que pertencem ao sistema duplo, já que neste sistema as massas podem ser determinadas a partir dos movimentos dos astros.

Foi então que eles descobriram que a estrela que se tornou o magnetar deve ter tido pelo menos 40 vezes a massa do Sol. Isso prova pela primeira vez que magnetares podem evoluir de estrelas tão maciças que normalmente esperaria-se que formariam buracos negros.

Buracos negros

"Estas estrelas devem ter se livrado de mais de nove décimos da massa antes de explodir como uma supernova, ou eles teriam criado um buraco negro em vez disso," diz o co-autor Ignacio Negueruela. "Essas perdas de massa enorme antes da explosão apresentam grandes desafios para as atuais teorias de evolução estelar."

"Isto, portanto, levanta a questão de quão grande uma estrela tem de estar ao entrar em colapso para formar um buraco negro se as estrelas com mais de 40 vezes a massa do Sol não conseguem essa proeza", conclui o co-autor Norbert Langer.

O mecanismo de formação preferida pelos astrônomos postula que a estrela que se tornou a magnetar - o progenitor - nasceu com um companheiro estelar. Como ambas as estrelas evoluíram, elas começam a interagir e a energia derivada do movimento orbital expulsaria a enorme quantidade de massa da estrela progenitora. Embora nenhuma estrela companheira seja visível, os astrônomos acreditam que a explosão da supernova em magnetar causou a explosão da binária, lançando as duas estrelas em alta velocidade.

"Se este for o caso, isto sugere que sistemas binários podem desempenhar um papel-chave na evolução estelar conduzindo a perda de massa - o plano de 'dieta cósmica ', que diminui mais de 95% da sua massa inicial", concluiu Clark.