Astrônomos da Itália e da Bélgica descobriram algo que pode mudar a forma como a ciência entendia a formação de buracos negros através do colapso de estrelas extremamente massivas. Eles descrevem a pesquisa em um artigo disponível no repositório de pré-impressão arXiv.org, que aguarda revisão de outros especialistas para publicação.

Segundo o estudo, estrelas muito maiores que o Sol perdem muito mais massa durante a vida do que se pensava. Essa perda acontece por meio de ventos estelares – rajadas fortes de gás e partículas lançadas por elas para o espaço. Para entender o que acontece com essas estrelas gigantescas, a equipe desenvolveu modelos novos que consideram ventos muito mais fortes do que os usados antes.

Esses jatos potentes podem arrancar as camadas externas de estrelas ultramassivas, mudando sua evolução e, consequentemente, a forma como se tornam buracos negros. As simulações também mostraram que, em sistemas binários, onde duas estrelas orbitam juntas, pode ocorrer fusão: duas estrelas se juntam e formam uma única estrela ainda maior.

Estrelas colossais têm vida intensa e curta como das lendas do rock

“Estrelas muito massivas são como astros do rock do Universo: são poderosas, vivem rápido e morrem jovens”, explicou Kendall Shepherd, pesquisadora do Instituto de Estudos Avançados da Itália (SISSA), e principal autora da pesquisa ao site Space.com. “O vento que sai delas não é uma brisa leve, mas um furacão”.

Enquanto a estimativa de vida do Sol é de cerca de 10 bilhões de anos, essas estrelas gigantes consomem seu combustível rapidamente e duram no máximo algumas centenas de milhares de anos. Apesar de viverem pouco, elas influenciam muito o ambiente ao seu redor.

Os ventos estelares e as explosões dessas estrelas espalham elementos importantes pelo espaço, como carbono e oxigênio, que são fundamentais para a formação de novas estrelas e para a vida. Além disso, conforme Shephard, “são os progenitoras dos buracos negros, incluindo os binários de buracos negros que se fundem e produzem ondas gravitacionais que detectamos na Terra”.

A equipe observou essas estrelas raras na Nebulosa da Tarântula, que fica na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia satélite da Via Láctea. Lá, encontraram algumas com mais de 100 vezes a massa do Sol, muito quentes e brilhantes, já quase no fim da queima de hidrogênio.

Modelos antigos diziam que esses objetos, ao envelhecer, deveriam se expandir e esfriar, mas as observações mostraram o contrário: eles permanecem quentes e compactos.

Para explicar isso, os pesquisadores ajustaram suas simulações para que as rajadas fossem mais fortes, removendo as camadas externas e impedindo que as estrelas crescessem e esfriassem demais. Assim, elas ficam quentes e compactas, exatamente como os telescópios mostraram.

Perda expressiva de massa das estrelas forma buracos negros menores

Um destaque no estudo é a estrela R136a1, a maior já registrada, 230 vezes mais massiva e milhões de vezes mais luminosa que o Sol. Ela tem apenas 1,5 milhão de anos, muito jovem perto dos 4,6 bilhões dele.

O modelo indica que essa estrela pode ter se formado de duas formas: como uma estrela gigante desde o começo ou pela fusão de duas menores. Isso surpreendeu os cientistas, que antes achavam que a primeira hipótese era a única possível.

Para que R136a1 fosse uma estrela única, ela precisaria ter nascido já com mais de 100 vezes a massa do Sol, maior do que para a fusão. Isso sugere que o limite para o tamanho das estrelas no Universo local pode ser maior do que se pensava.

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Ventos mais fortes também fazem as estrelas perder muita massa e formar buracos negros menores quando colapsam. Modelos antigos, com rajadas mais fracas, previam buracos negros intermediários, com massa entre 100 e 10 mil vezes a do Sol, que são raros nas observações. Os novos modelos produzem menos desses buracos negros intermediários, aproximando teoria e observação.

Além disso, rajadas intensas ajudam na formação de buracos negros binários. Com jatos fracos, as estrelas crescem demais e têm maior chance de se fundir antes de virar buraco negro, impedindo a formação desses pares.

Com ventos estelares fortes, as estrelas perdem massa e se afastam, sobrevivendo como dois buracos negros separados, que com o tempo podem se aproximar e se fundir, gerando ondas gravitacionais (ondulações no espaço-tempo) detectáveis da Terra.

Desta vez, o foco estava na Grande Nuvem de Magalhães, que tem composição química diferente da Via Láctea. O próximo passo será estudar outras regiões, para entender como estrelas e buracos negros se formam em diferentes ambientes. “Será interessante ver como as populações de buracos negros mudam com diferentes ambientes”, disse Shepherd.