Cientistas conseguem simular os primeiros momentos turbulentos da vida de um buraco negro

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Astrônomos conseguiram analisar melhor o que acontece nos primeiros momentos após algumas estrelas moribundas explodirem e ejetarem jovens buracos negros para longe. E, conforme as simulações realizadas, este é um processo nada suave.

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O estudo recente está no servidor de pré-impressão arXiv. Nele, consta que os objetos astronômicos intensos recebem um impulso significativo durante a morte das estrelas progenitoras, sendo lançados no espaço a velocidades estonteantes.

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Momentos finais de estrelas massivas

Buracos negros e estrelas de nêutrons têm origem no colapso de estrelas massivas (com pelo menos oito vezes a massa do nosso Sol) em seus estágios finais. Ao aproximar o final de suas vidas, essas estrelas começam a fundir ferro em seus núcleos.

A intensa pressão transforma esses núcleos em proto-estrelas de nêutrons, que são densos aglomerados de nêutrons. Esta transformação pode, temporariamente, parar o colapso gravitacional da estrela, muitas vezes desencadeando uma supernova.

Mas, em algumas ocasiões, a pressão central pode aumentar ainda mais. Então, a proto-estrela de nêutrons acaba se transformando em um buraco negro.

Mistério cósmico

O que ocorre após é ainda um mistério. Modelos computacionais até agora só conseguiram simular um pouco apenas desse processo – suficiente para mostrar a explosão. E as observações reais desses objetos cósmicos indicam que eles têm um comportamento bem peculiar.

Por exemplo, algumas estrelas de nêutrons viajam a velocidades absurdas, enquanto outras são mais tranquilas. Já os buracos negros tendem a ser mais lentos, apesar de nascerem de eventos super violentos.

Tal mãe, tal filhos

No estudo, que ainda aguarda revisão por pares, os astrônomos fizeram 20 simulações de supernovas para entender melhor como esses objetos são lançados pelo espaço. Isso permitiu observar que, dependendo do tamanho e da forma da estrela antes de explodir, os resultados são diferentes.

Se a estrela-mãe não é muito massiva e compacta, a supernova acontece muito repentinamente e numa esfera quase perfeita, dando origem a uma estrela de nêutrons de movimento lento. Por outro lado, progenitoras muito massivas e compactas demoram mais para se transformarem em supernovas e, quando ocorrem as explosões, não são muito simétricas. Isso produz uma estrela de nêutrons em movimento rápido emergindo do caos.

Como ficam as estruturas cósmicas — Imagem: Burrows et al., A Comprehensive Theory for Neutron Star and Black Hole Kicks and Induced Spins, 2023

Quanto aos buracos negros, eles podem nascer de duas maneiras: ou a estrela quase não explode e deixa um buraco negro enorme e “sossegado”, ou explode toda e cria um buraco negro menor que sai voando pelo espaço a uma velocidade incrível. Mas esses buracos negros rápidos não são muito comuns.

Essa pesquisa traz insights valiosos sobre o que conseguimos ver – estrelas de nêutrons e buracos negros passeando pelo universo – com todos os detalhes escondidos por trás das explosões estelares. Com essas informações, os astrônomos estão um passo mais perto de entender o ciclo de vida completo desses objetos incríveis que habitam nosso universo.