Buracos negros parasitas podem estar corroendo estrelas por dentro

Um candidato bastante incomum para a matéria escura poderia estar escondido dentro das estrelas, devorando-as lentamente de dentro para fora.

Uma estrela gigante vermelha normal chamada R Sculptoris. (ESO/A. Fujii/Pesquisa Digital do Céu 2)

Um novo artigo liderado pelo astrofísico Earl Bellinger, do Instituto Max Planck de Astrofísica e da Universidade de Yale, propõe que minúsculos buracos negros que se formaram no início dos tempos poderiam ter sido incorporados em estrelas semelhantes ao Sol, e têm estado sentados em seus núcleos desde então, sugando gradualmente o material e transformando-o em mais buracos negros. É tudo extremamente hipotético, claro. Mas o estudo examina o efeito que tal parasitismo teria nestas estrelas, e como poderíamos reconhecê-las no Universo, caso as encontrássemos.

“Descobrimos que tais objetos podem ter uma vida surpreendentemente longa, com os buracos negros mais leves não tendo influência sobre a evolução estelar, enquanto os mais massivos consomem a estrela ao longo do tempo para produzir uma série de consequências observáveis”, escrevem os investigadores no seu artigo.

“As estruturas internas únicas das estrelas que abrigam buracos negros podem tornar possível à asterossismologia descobri-los, caso existam.”

O Universo está cheio de buracos negros de vários tamanhos. Vimos buracos negros com faixas de massa estelar, que provavelmente se formaram a partir do colapso do núcleo de uma estrela massiva no final de sua vida, e de suas fusões. Existem monstros supermassivos, de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, à espreita no coração de cada galáxia. E existem buracos negros com massas intermediárias, elusivos, mas emergentes em números crescentes.

O que não encontramos são buracos negros realmente minúsculos – aqueles com massas semelhantes às de planetas, luas ou asteróides. Esses objetos não têm massa e, portanto, gravidade suficientes para colapsar em algo tão denso como um buraco negro.

Mas existe uma maneira pela qual pequenos buracos negros poderiam ter se formado, teoricamente.

De acordo com a teoria desenvolvida por Stephen Hawking na década de 1970 e expandida por outros cientistas desde então, pequenos buracos negros poderiam ter se formado no primeiro segundo ou mais após o Big Bang, quando a matéria no Universo ainda era quente e densa o suficiente para que manchas de densidade extra poderia ter colapsado em pedaços inevitáveis do espaço-tempo. 

Para onde foram esses buracos negros “primordiais” – se é que alguma vez existiram – é um mistério, mas seriam uma explicação clara para a gravidade extra no Universo que atribuímos à matéria escura.

Alguns cientistas pensam que poderiam ter acabado dentro de estrelas de nêutrons, sentados nos núcleos e apenas mastigando como uma estranha tênia cósmica.

Bellinger e seus colegas queriam investigar a possibilidade de um buraco negro endoparasita, não em um remanescente estelar morto como uma estrela de nêutrons, mas em uma estrela viva e em fusão de sequência principal como o Sol. O próprio Hawking propôs que o Sol poderia abrigar um buraco negro primordial. Outros cientistas realizaram análises teóricas e determinaram que um buraco negro primordial devoraria uma estrela por dentro.

Para a sua própria análise, Bellinger e a sua equipe calcularam o que aconteceria a uma estrela variando entre 0,8 e 100 massas solares formando-se em torno de um buraco negro primordial até à massa de uma estrela. Eles também conduziram as primeiras simulações evolutivas numéricas completas de estrelas semelhantes ao Sol com buracos negros primordiais escondidos em seus núcleos.

Os buracos negros mais pequenos, descobriram os investigadores, teriam dificuldade em crescer. Levaria bilhões de anos para que o buraco negro consumisse a estrela.

Mas um buraco negro com a massa de um planeta anão seria muito mais voraz. Ele começaria a consumir o núcleo de uma estrela semelhante ao Sol, com material girando em torno dele em um disco que começaria a produzir enormes quantidades de luz e calor.

Dentro de um bilhão de anos, a fusão não estaria mais alimentando a estrela; em vez disso, esta estrela seria alimentada pelo disco de acreção que gira em torno do buraco negro. Toda a luz da estrela seria – talvez ironicamente – produzida pelo buraco negro. Os pesquisadores chamaram esse tipo hipotético de estrela de estrela Hawking.

Uma estrela Hawking se comportaria de maneira bastante semelhante a uma estrela normal, com algumas diferenças importantes. Suas camadas externas se transformariam em uma gigante vermelha, assim como se espera que o Sol faça quando a fusão começar a diminuir no final de sua vida. Mas a temperatura seria mais fria do que poderíamos esperar que tal estrela fosse. Curiosamente, já encontramos estrelas gigantes vermelhas anormalmente frias na Via Láctea. Eles são chamados de retardatários vermelhos.

Poderíamos, dizem os pesquisadores, estudar essas estrelas em busca de assinaturas de um motor de buraco negro. Espera-se que a acreção do buraco negro produza padrões acústicos diferentes dentro da estrela do que a fusão, que pode ser detectável como pequenas mudanças no brilho na superfície da estrela. A aparência das mudanças de brilho não é conhecida neste momento; os pesquisadores pretendem abordar essa questão em um artigo futuro.

“Isto representa uma oportunidade para descobrir tais objetos ou para estabelecer limites no seu número e taxa de captura”, escrevem os investigadores.

“As implicações para estrelas em estágios evolutivos mais avançados, resultados numéricos para estrelas de diferentes massas e metalicidades e investigações sobre populações estelares também serão exploradas em trabalhos futuros.”

Fonte: Sciencealert.com