Evolução estelar: envelhecimento e morte

Continuando os posts de juventude e maturidade de uma estrela, chegou a hora de finalizar com uma explosão! Provavelmente você já deve ter ouvido falar por aí ou leu em algum lugar que todas as estrelas morrem em uma supernova (eu pensava isso alguns anos atrás), ou o contrário: que estrelas nascem de supernovas (por isso o nome “nova”). Bom, não é nenhuma das duas coisas, mas é mais ou menos isso.

Enquanto permanece na sequência principal, a estrela consome o hidrogênio no núcleo e produz hélio, que é acumulado no núcleo. Nesse processo, a temperatura central da estrela permanece por volta dos 10 bilhões °C. Quanto todo o hidrogênio é consumido (ou quando, por alguma razão, há uma diminuição na produção de energia), a estrela perde energia (balanço energético negativo), e começa a contrair. Como o núcleo também contrai, há um consequente aumento na temperatura central; quando esta atinge cerca de 100 bi °C, dá-se início à queima do hélio e à saída da sequência principal.

A queima do hélio causará um grande aumento no tamanho da estrela, e ela se transforma em uma gigante vermelha. Algumas estrelas bem famosas no céu estão passando por essa fase, como a Betelgeuse (na constelação de Órion) e Arcturus (na constelação do Boieiro); como você pode observar a olho nu, elas são estrelas extremamente brilhantes e têm cor avermelhada, por isso são fáceis de se identificar no céu.

Estrelas pouco massivas, com algumas pequenas frações de massa solar, vivem bem mais, mas a sua morte é lenta e (relativamente) monótona: ela irá queimar seus elementos pacificamente até se tornar uma anã branca e apagar, isso porque são estrelas bem pequenas, então existe convexão (mistura de material) em todas as suas camadas, o que alimenta continuamente o processo de queima nuclear.

Quando inicia sua vida com 0,8 a 10 massas solares, a gigante vermelha ejetará a matéria gasosa que irá formar a nebulosa planetária, então a estrela se transforma em uma anã branca, de massa aproximada de 0,6 M (considere a unidade M = massa solar) e raio de cerca de 10000 km.

The Cat

Astrofoto da nebulosa planetária Olho de Gato (NGC 6543). Crédito: NASA, ESA, HEIC, e The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

No caso de uma estrela mais massiva (entre 10 e 25 M), quando esta evolui para a fase de queima de hélio, transforma-se em uma supergigante vermelha (como Betelgeuse). Depois de certo tempo, a estrela ejetará a maior parte da sua massa em uma supernova, e se tornará uma estrela de nêutrons, um objeto extremamente denso e quente. Caso a estrela possua um forte campo magnético, ela se torna um pulsar. Esses objetos são extremamente curiosos: dizem que se você pegar 1 colher de chá do seu material, ele pesará muitas toneladas; de fato, essas estrelas são tão densas, que uma massa solar caberia em uma esfera com o diâmetro equivalente ao tamanho de Manhattan.

Estrelas ainda mais massivas (entre 25 e 100 M) se tornam supergigantes vermelhas e explodem em uma hipernova, ainda mais espetacular, que resulta em um buraco negro como remanescente, com massa de 6 M e raio do horizonte de aproximadamente 18 km. Os buracos negros são objetos ainda mais distantes do senso comum: apenas por imaginar que ele é capaz de sugar até mesmo a luz, nossa mente já voa pelos ares. Nesse caso, não dá nem para tentar pegar uma colherada do buraco negro como fizemos na estrela de nêutrons, ele iria sugar a colher e você juntos. Caso você queira ler mais sobre esses objetos, eu recomendo os livros do cosmologista Stephen Hawking.

A Giant Hubble Mosaic of the Crab Nebula

Nebulosa do Caranguejo (NGC 1952), remanescente da supernova ocorrida no ano 1054 d.C., com uma estrela de nêutrons no centro. Crédito: NASA, ESA, J. Hester e A. Loll (Arizona State University)

Pelo o que eu pesquisei, ainda não conseguimos imagear um buraco negro formado pela explosão de uma estrela massiva, porque o seu horizonte de eventos (disco de material que gira muito rápido e brilha intensamente) é muito pequeno (da ordem de algumas dezenas de quilômetros); a única maneira pela qual sabemos que eles existem é através dos resultados de modelos. Na verdade, qualquer objeto pode se tornar um buraco negro, desde que seja comprimido suficientemente, para o tamanho do chamado raio de Schwarzschild. No entanto, as evidências apontam para a presença de um buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia: esse sim pode ser imageado.

Voltando à evolução estelar: as supernovas têm esse nome porque os povos antigos achavam que os pontos brilhantes que apareciam repentinamente no céu eram estrelas que estavam nascendo, daí “nova”. Mas na verdade se tratava do contrário: eram estrelas que morriam. No entanto isso não significa que as supernovas estejam completamente desligadas do nascimento: os remanescentes dessas explosões são nuvens de materiais mais pesados que o hidrogênio, como o oxigênio, neônio, carbono, e se a explosão foi forte o suficiente, pode se ter formado até mesmo ferro.

Mas se o nosso universo inicialmente era formado apenas por hidrogênio e os elementos mais pesados são formados somente dentro de estrelas, como se explica a presença desses elementos no nosso sistema solar? De fato, o Sol e os objetos a sua volta (planetas, satélites, cometas, asteróides etc.) foram formados a partir de uma nuvem previamente contaminada por elementos pesados, o que significa que o material que nos forma é reciclado: nós nascemos de uma (ou mais) supernova que ocorreu há bilhões de anos atrás, provavelmente de uma estrela supermassiva!

Será que algum dia nós seremos espectadores de uma supernova próxima? Como você pode ver neste post, a estrela Eta Carinae está ameaçando, e têm nos pregado peças ao longo de 2 séculos; outra que também está na iminência de virar poeira é a Betelgeuse, e esta inclusive parece estar em estágio ainda mais avançado que Eta Carinae. Mas a resposta para a pergunta ainda é incerta. Na verdade, estimativas sugerem que a taxa de explosões que ocorriam há alguns séculos atrás é maior do que o período recente: sim, por algum motivo está faltando supernovas nesses últimos anos; provavelmente esse motivo é apenas falta de sorte, mas o fato é que talvez muitos de nós não possamos observar uma supernova a olho nu, enquanto que alguns astrônomos sortudos no passado conseguiram enxergar até 2 (talvez 3?) explosões nas suas vidas. O que me consola é que nossos equipamentos de observação são melhores, e por isso conseguimos observar imagens como essa aqui:

Details of Supernova Remnant Cassiopeia A

Cassiopeia A: remanescentes de uma supernova. Crédito: NASA/The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Chupa essa manga, Copérnico!

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