A gravidade é uma força universal que todos concordam, mas quando se trata de objetos no Universo que são pesos-pesados no domínio da gravidade, esse título é propriedade de buracos negros, seguido por estrelas de nêutrons vindo em segundo lugar. No entanto, o que no Universo poderia ter dado origem a tais gigantes com uma força gravitacional tão alta que, no caso de um buraco negro, até mesmo a luz não pode escapar! Bem, a resposta está em um começo surpreendentemente humilde, que vamos dar uma olhada agora.
Origens humildes
Tudo começa com uma nuvem de gás. Sim, você ouviu isso direito… uma nuvem de gás! Essa nuvem de gás, basicamente preenchida com hidrogênio, é comumente chamada de nebulosa. Esta nuvem de gás aumenta em densidade em certos bolsos, até que possa formar uma quantidade suficiente e estável. Esta massa gasosa, em algum momento, torna-se estável o suficiente e desenvolve um forte campo gravitacional, o que leva ao primeiro estágio da estrela, também conhecido como protostar. O campo gravitacional só aumenta daqui em diante, à medida que a proto-estrela suga o gás restante, aumentando ainda mais a massa da estrela e absorvendo a quantidade necessária de hidrogênio. O hidrogênio é o principal combustível que faz a estrela queimar de forma tão intensa, impulsionada pelo processo de fusão nuclear. Durante o processo de fusão nuclear, no entanto, átomos de hidrogênio são esmagados juntos no núcleo protoestrela.
(Crédito da foto: Wikimedia Commons)
Este processo de esmagamento continua e resulta em dois fenómenos muito observáveis. A primeira é que a fusão nuclear não envolve apenas o esmagamento do hidrogênio juntos, mas também outros elementos de ordem superior. Para explicar isso ainda mais, quando dois átomos de hidrogênio se fundem, eles formam o hélio, que então continua a se fundir mais, até que o elemento ferro seja alcançado. O outro fenômeno é que, à medida que os elementos mais altos, acima do hidrogênio, começam a se fundir, a massa da estrela continua aumentando. O processo de fusão só pode ocorrer até que o núcleo contenha uma quantidade limitada de hidrogênio. Quando o hidrogênio se esgota, o núcleo se torna instável porque não consegue continuar o processo de fusão dos elementos mais pesados, como o ferro. A instabilidade do núcleo leva ao fim da vida de uma estrela, que sairá de forma espetacular, apenas para retornar como uma fênix das cinzas.
Estrêla de Neutróns
A formação de uma estrela de nêutrons ocorre quando o núcleo de uma estrela gigante colapsa, resultando em sua morte. A explosão no final deste ciclo de vida é incrivelmente intensa e coloca uma quantidade fenomenal de energia no que é conhecido como Supernova. Estrelas de nêutrons são objetos estelares do tamanho de uma cidade que têm uma massa 1,4 vezes maior do que a massa do nosso sol. Para colocar isso em termos mais simples, seu pequeno tamanho explica o fato de que eles são excepcionalmente densos, de tal forma que uma única colher de chá de uma estrela de nêutrons poderia pesar bilhões de toneladas.
O nascimento de uma estrela de nêutrons ocorre após a morte de uma gigante vermelha. A massa de uma gigante vermelha é um mínimo de 20 vezes a massa do nosso sol. Quando uma estrela mais massiva que nosso Sol explode, suas camadas externas explodem espetacularmente na forma de uma supernova. No entanto, o que resta é um pequeno núcleo denso que continua a desmoronar; na verdade, a gravidade é tão forte que faz com que os prótons e elétrons em sua superfície se transformem em um nêutron! Este é realmente o que lhe deu o nome de estrela de nêutrons. O poder da supernova que dá origem a uma estrela de neutrões faz com que o sol gire rapidamente, fazendo com que ele gire várias vezes por segundo. Estrelas de nêutrons podem girar até 43.000 vezes por minuto.
Coisas interessantes acontecem se uma estrela de nêutrons não estiver sozinha, mas sim parte de um sistema binário. Um sistema estelar binário é um sistema no qual duas estrelas giram em torno de um centro de massa. Se a segunda estrela tem uma massa que é menor que o nosso sol, ela puxa a massa de seu companheiro para o que é conhecido como Roche Lobe, uma nuvem de material em forma de balão que orbita uma estrela de nêutrons. Isso faz com que a estrela secundária, que ainda está intacta, transfira sua massa para a estrela de nêutrons e, finalmente, encontre seu fim.
Buracos Negros
Esses objetos estranhos são como uma outra história de fênix, quando saem das cinzas após o desaparecimento de uma estrela. De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, para um buraco negro nascer de uma estrela moribunda, deve ser pelo menos três vezes o tamanho do nosso Sol. A estrela deve ser significativa o suficiente para que a força gravitacional no momento de sua morte exerça uma força que pode sobrecarregar qualquer outro fator. O material no núcleo da estrela deve ser completamente esmagado até um pequeno ponto de densidade infinita. O engraçado, porém, é que nossa física não funciona além desse ponto, pois nosso entendimento matemático luta com o conceito de infinito.
(Créditos das fotos: Andrey VP / Shutterstock)
Se este vestígio estelar é deixado sozinho, o buraco negro faria muito pouco e praticamente estaria ocioso. No entanto, se houver gás e partículas de poeira ao redor do buraco negro, eles serão sugados para dentro do buraco negro, criando um brilho luminoso à medida que a poeira e os gases se aquecem, girando em torno do porão negro como se estivessem descendo pelo ralo. O buraco negro irá incorporar este material em sua massa e continuar a crescer em tamanho. Quando se trata de buracos negros, fenómenos verdadeiramente fascinantes ocorrem quando dois deles se encontram. A poderosa gravidade de cada um atrairá o outro, tornando-os mais próximos e próximos uns dos outros. Quando eles estão em contato, eles serão capazes de agitar o próprio tecido do espaço-tempo (a área ao redor e perto dele), enviando ondas gravitacionais.
Em conclusão, podemos dizer que quase toda vez que uma estrela desce, ela voltará rugindo na forma de uma estrela de nêutrons ou de um gravitacional heavy-hitter como um buraco negro!