Por que nosso Sol expele suas camadas externas à medida que morre?

Estrelas de baixa massa, como o nosso Sol, expelem suas camadas externas como uma nebulosa planetária por causa do que acontece no núcleo da estrela à medida que ela envelhece.

NGC 7027, conhecida como Nebulosa do Inseto da Joia, é um exemplo de nebulosa planetária que surge à medida que a massa é expelida de uma estrela envelhecida, como acontecerá com o nosso Sol no futuro. Crédito: NASA, ESA, Joel Kastner (RIT) 

Por que nosso Sol expele suas camadas externas à medida que morre?

Primeiro, vamos diferenciar expansão de expulsão. A expansão ocorre porque a pressão térmica resultante do aumento da produção de energia no interior do Sol excede a força gravitacional que mantém a matéria solar próxima ao seu núcleo. O Sol se expandirá até que um novo equilíbrio entre pressão e gravidade seja estabelecido. Esse processo é contínuo e pode continuar gradualmente por bilhões de anos.

A expulsão é uma questão diferente. Estrelas massivas expelem suas camadas externas na detonação de uma supernova, enquanto estrelas de baixa massa, como o nosso Sol, o fazem na chamada fase de nebulosa planetária. A diferença está no que acontece no núcleo da estrela.

Por bilhões de anos, o núcleo do Sol vem fundindo hidrogênio em hélio, que então se deposita como "cinzas" mais profundamente na região central. À medida que o núcleo continua a colapsar sob seu próprio peso, ele aquece o interior do Sol a temperaturas cada vez mais altas. O Sol se ajusta a esse aumento na produção de energia expandindo-se lentamente em tamanho e luminosidade, tornando-se uma estrela gigante vermelha. Eventualmente, a temperatura do núcleo atinge 100 milhões de kelvins, e as cinzas de hélio começam a se fundir em carbono no processo triplo-alfa (durante o qual três núcleos de hélio se fundem em um núcleo de carbono).

Se a reação triplo-alfa ocorrer em uma estrela de alta massa, a maior parte da energia liberada é usada para aquecer o núcleo de cinzas de hélio, que é um plasma. A estrela massiva se expande para outro tamanho de equilíbrio e tudo fica bem. No entanto, se for uma estrela de baixa massa como o nosso Sol, a maior parte da energia é usada para aquecer o núcleo, que agora é feito de matéria degenerada de "anã branca" — o que significa que não pode ser mais comprimido, nem pode se expandir para esfriar quando a temperatura aumenta.

Quando o núcleo é aquecido em tal estrela, ele começa a agir novamente como um plasma normal e se expande. Mas parte da energia também é usada para aquecer as camadas externas do Sol, que se expandem rapidamente para longe da estrela como um vento estelar denso. Essa fase pós-gigante vermelha é geralmente chamada de fase de nebulosa planetária e dura apenas cerca de 50.000 anos ou menos. No final, você tem o núcleo da anã branca em resfriamento da estrela, uma poderosa fonte de luz ultravioleta, fazendo com que o gás ejetado fluoresça como uma nebulosa planetária por alguns milhares de anos.

Sten Odenwald

Coordenador Sênior de Extensão, Programa HEAT da NASA,

Kensington, Maryland

Astronomy.com