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Estrelas mais pesadas podem não explodir como supernovas, apenas implodir silenciosamente em buracos negros
O resultado final é uma estrela de nêutrons ou um buraco negro de massa estelar. Geralmente pensamos que todas as estrelas acima de cerca de 10 massas solares terminarão como uma supernova, mas um novo estudo sugere que não é o caso.
Por Brian Koberlein - 06/09/2021


Uma imagem do Hubble colidindo com galáxias conhecidas como Arp 299. Crédito: NASA, ESA, Hubble Heritage Collaboration e A. Evans

Uma supernova é um final brilhante para uma estrela gigante. Por um breve momento do tempo cósmico, uma estrela faz um último esforço para continuar brilhando, apenas para desaparecer e colapsar sobre si mesma. O resultado final é uma estrela de nêutrons ou um buraco negro de massa estelar. Geralmente pensamos que todas as estrelas acima de cerca de 10 massas solares terminarão como uma supernova, mas um novo estudo sugere que não é o caso.

Ao contrário das famosas supernovas Tipo Ia, que podem ser causadas pela fusão ou interação de duas estrelas, as estrelas grandes passam pelo que é conhecido como supernova de colapso do núcleo. As estrelas sobrevivem por meio de um equilíbrio de calor e pressão contra a gravidade. À medida que mais elementos são fundidos, uma grande estrela deve gerar calor ao fundir elementos cada vez mais pesados. Eventualmente, isso forma uma camada de regiões onde diferentes elementos são fundidos. Mas essa corrente só pode ser carregada até o ferro. Depois disso, fundir elementos mais pesados ​​gasta energia em vez de liberá-la. Então, o núcleo entra em colapso, criando uma onda de choque que dilacera a estrela.

Em modelos de grandes estrelas moribundas, supernovas de colapso do núcleo ocorrem para estrelas acima de nove a 10 massas solares , até cerca de 40 a 50 massas solares. Acima dessa massa, as estrelas são tão massivas que provavelmente entram em colapso em um buraco negro diretamente, sem se tornar uma supernova. Estrelas extremamente massivas , da ordem de 150 massas solares ou mais, podem explodir como uma hipernova. Essas feras não explodem por causa do colapso do núcleo, mas sim por um efeito conhecido como instabilidade do par, onde fótons em colisão criados no núcleo criam pares de elétrons e pósitrons.

Este novo estudo sugere que o limite superior de massa para supernovas de colapso do núcleo pode ser muito menor do que pensávamos. A equipe analisou a abundância elementar de um par de galáxias em colisão conhecidas como Arp 299. Como as galáxias estão em processo de colisão, a região é um viveiro de supernovas. Como resultado, a abundância elemental de Arp 299 deve ser amplamente dependente dos elementos lançados em explosões de supernova. Eles mediram a proporção de abundância de ferro para oxigênio e a proporção de neon e magnésio para oxigênio. Eles descobriram que as relações Ne / O e Mg / O eram semelhantes às do sol, enquanto a relação Fe / O era muito mais baixa do que os níveis solares. O ferro é lançado no universo de forma mais eficiente por grandes supernovas.

As proporções que a equipe observou não combinavam com os modelos de colapso do núcleo padrão, mas eles descobriram que os dados combinavam bem com os modelos de supernova se você excluísse qualquer supernova em cerca de 23 a 27 massas solares. Em outras palavras, se as estrelas colapsam em buracos negros acima de cerca de 27 massas solares, então os modelos e as observações concordam.

Este trabalho não prova conclusivamente que o limite superior de massa para supernovas é menor do que pensávamos. Também é possível que as supernovas produzam níveis mais altos de neon e magnésio do que os modelos prevêem. De qualquer maneira, está claro que ainda temos muito que aprender sobre os últimos suspiros de morte de grandes estrelas .

 

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