O que são buracos negros de massa estelar?

Esses buracos negros podem ser insignificantes em comparação com seus irmãos supermassivos, mas são tudo menos gentis.

Buracos negros de massa estelar são salpicados por todo o universo, torcendo a gravidade ao seu redor.ESO / L. Calçada / spaceengine.org

Buracos negros de massa estelar - que pesam entre algumas e 100 vezes a massa do Sol - salpicam o universo. Somente em nossa Via Láctea, existem cerca de dez milhões a um bilhão de buracos negros de massa estelar. Isso parece muito, até você considerar que há cerca de 100 a 400 bilhões de estrelas em nossa galáxia. 

Mas o que exatamente são buracos negros de massa estelar? E como esses vazios misteriosos no espaço diferem de seus primos gigantescos? 

Criado por destruição

Nem toda estrela tem potencial para se tornar um buraco negro; apenas os mais massivos alcançam esse status cobiçado. Os menores buracos negros de massa estelar vêm de estrelas com pelo menos 2 a 3 vezes a massa do nosso Sol. (Se você está se perguntando, nosso pequeno Sol é muito pequeno para entrar em colapso em um buraco negro e, em vez disso, um dia se tornará uma anã branca). 

Estrelas nos primos de suas vidas, como o Sol, queimam hidrogênio em seus núcleos por meio de um processo conhecido como fusão nuclear. Isso converte o hidrogênio em hélio e cria uma pressão externa que neutraliza a força da gravidade interna. Após essa fase de queima de hidrogênio, as estrelas mais massivas são quentes o suficiente para queimar seu hélio (assim como estrelas menos massivas), depois carbono, néon, oxigênio e, finalmente, silício. Depois do silício, no entanto, o núcleo da estrela é basicamente um pedaço de ferro, ponto no qual nenhuma energia adicional pode ser liberada por meio da fusão nuclear. Nesse ponto, o esmagamento da gravidade para dentro tem a vantagem. 

No sentido mais básico, a casca externa da estrela, sem nenhuma pressão interna para apoiá-la, implode. Para estrelas ligeiramente mais massivas que o Sol, as camadas externas em colapso ricocheteiam no núcleo da estrela, detonando-a como uma supernova. Mas, no caso das estrelas mais massivas, nada pode impedir o colapso esmagador. Essas estrelas estão destinadas a se tornarem buracos negros de massa estelar após a morte. 

Mas a velhice estelar não é a única maneira de formar um buraco negro. 

Uma anã branca ou estrela de nêutrons remanescente de uma estrela menor também pode se tornar um buraco negro de massa estelar, mas precisa de ajuda. Ele deve extrair material suficiente de um companheiro binário próximo para que finalmente alcance o limite de massa necessário para entrar em colapso em um buraco negro. Alternativamente, a fusão de um sistema estelar binário de nêutrons também poderia criar um objeto muito grande para se sustentar como qualquer coisa, exceto um buraco negro. 

Existem também buracos negros supermassivos, que pesam milhões a bilhões de vezes a massa do Sol. Esses Golias gravitacionais residem no centro da maioria, senão de todas as galáxias. Mas embora eles sejam bem documentados, exatamente como eles se formaram pela primeira vez ainda está em debate.

ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser

Anatomia de um monstro

Para realmente entender um buraco negro, você precisa entender sua anatomia. 

No centro de um buraco negro está a singularidade, um ponto teórico no espaço que tem volume zero, mas contém toda a massa do objeto. É aqui que o buraco negro realmente vive. 

O físico teórico alemão Karl Schwarzschild foi o primeiro a usar a teoria da relatividade geral de Einstein para mostrar que esse ponto era matematicamente possível. Encapsulando a singularidade está o que a maioria das pessoas imagina quando pensa em um buraco negro: o horizonte de eventos. Este é o limite esférico além do qual nada, nem mesmo a luz, pode escapar das garras de um buraco negro. 

No entanto, ao contrário do nome, os buracos negros não são (sempre) totalmente invisíveis. 

Durante anos, esses objetos foram teorizados apenas  porque, por sua natureza, nada pode escapar de suas garras; eles permaneceram escondidos. Os únicos dados que podem ser coletados diretamente de um buraco negro são seu spin e tamanho. Para encontrar um buraco negro, os pesquisadores tiveram que observar como esses monstros interagem com a matéria. 

Buracos negros vorazes consomem qualquer coisa que chegue perto demais. E muitas vezes, seus pratos transbordam. É quando o excesso de matéria que eles apreenderam cria uma poça de destruição em torno dele, chamada de disco de acreção. Este disco pulveriza tudo dentro dele, de gás a poeira a asteróides e planetas, e o material continua circulando o buraco negro até que finalmente o engole. Como os anéis densos de material podem percorrer buracos negros em frações significativas da velocidade da luz, eles ficam tão quentes que emitem raios X, revelando a posição do buraco negro. 

Mais recentemente, um modo secundário de detecção também foi adicionado à caixa de ferramentas do pesquisador: ondas gravitacionais. Quando dois buracos negros - ou mesmo um buraco negro e uma estrela de nêutrons - colidem, sua fusão envia leves ondulações na estrutura do espaço-tempo que os cientistas agora podem detectar. Dezenas de buracos negros de massa estelar em fusão já foram detectados dessa forma desde 2015. 

Ainda assim, um número incontável de buracos negros (tanto de massa estelar quanto supermassivo) espreita por todo o cosmos, influenciando tudo, desde estrelas próximas até as próprias galáxias. Mas nos próximos anos, com a ajuda de telescópios maiores e mais poderosos e observatórios avançados de ondas gravitacionais como o LIGO, os cientistas esperam continuar explorando esses enigmas misteriosos e massivos.

Fonte: Astronomy.com