3476: Os últimos suspiros de uma estrela massiva

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

As super-novas são incrivelmente energéticas; muitas podem ofuscar brevemente uma galáxia inteira.
Crédito: ESO/M. Kornmesser

No que toca à astronomia, Betelgeuse tem sido ultimamente o centro das atenções por parte dos media. A super-gigante vermelha está a chegar ao final da sua vida e, quando uma estrela com mais de 10 vezes a massa do Sol morre, fá-lo de maneira espectacular. Quando o seu brilho caiu recentemente para o valor mais baixo dos últimos cem anos, muitos entusiastas do espaço ficaram excitados com o facto de Betelgeuse se tornar em breve uma super-nova, explodindo numa exibição deslumbrante que poderá ser visível até durante o dia.

Embora a famosa estrela no ombro de Orionte vá provavelmente chegar ao fim da sua vida daqui a algumas dezenas de milhares de anos – meros dias, de um ponto de vista do tempo cósmico – os cientistas continuam a afirmar que a queda de brilho foi devida à pulsação da estrela. O fenómeno é relativamente comum entre as gigantes vermelhas e há décadas que sabemos que Betelgeuse pertence a esse grupo.

Por coincidência, investigadores da Universidade da Califórnia em Santa Barbara já fizeram previsões sobre o brilho da super-nova que resultaria quando uma estrela pulsante como Betelgeuse explodisse.

O estudante de Física Jared Goldberg publicou um estudo juntamente com o professor Lars Bildsten, diretor do KITP (Kavli Institute for Theoretical Physics), e Bill Paxton, também do KITP, no qual detalham como a pulsação de uma estrela afectará a explosão resultante quando esta chegar ao seu fim da sua vida. O artigo foi publicado na revista The Astrophysical Journal.

“Nós queríamos saber como seria se uma estrela pulsante explodisse em diferentes fases da pulsação,” disse Goldberg, investigador da NSF (National Science Foundation). “Os modelos anteriores são mais simples porque não incluem os efeitos das pulsações que dependem do tempo.”

Quando uma estrela do tamanho de Betelgeuse finalmente fica sem material para fundir no seu centro, perde a pressão externa que a impedia de colapsar sob o seu imenso peso. O colapso resultante do núcleo ocorre em meio segundo, muito mais depressa do que a superfície da estrela e as camadas externas inchadas demoram para perceber.

À medida que o núcleo de ferro colapsa os átomos desassociam-se em electrões e protões. Combinam-se para formar neutrões e, no processo, libertam partículas altamente energéticas chamadas neutrinos. Normalmente, os neutrinos interagem muito pouco com a matéria – 100 biliões passam pelo nosso corpo a cada segundo sem uma única colisão. Dito isto, as super-novas estão entre os fenómenos mais poderosos do Universo. Os números e as energias dos neutrinos produzidos no colapso do núcleo são tão imensos que embora apenas uma pequena fracção colida com o material estelar, geralmente é mais do que suficiente para lançar uma onda de choque capaz de fazer explodir a estrela.

Essa explosão resultante atinge as camadas externas da estrela com uma energia estupenda, criando uma explosão que pode ofuscar brevemente uma galáxia inteira. A explosão permanece brilhante durante mais ou menos 100 dias, já que a radiação só pode escapar uma vez que o hidrogénio ionizado se recombina com os electrões perdidos para se tornar neutro novamente. Isto ocorre de fora para dentro, o que significa que os astrónomos conseguem ver cada vez mais profundamente a super-nova com o passar do tempo até que finalmente a luz do centro possa escapar. Nesse ponto, tudo o que resta é o brilho fraco das partículas radioactivas, que podem continuar a brilhar durante anos.

As características de uma super-nova variam com a massa da estrela, com a energia total da explosão e, principalmente, com o seu raio. Isto significa que a pulsação de Betelgeuse complica a previsão de como irá explodir.

Os investigadores descobriram que se a estrela inteira estiver a pulsar em uníssono – como que a “inspirar” e a “expirar” – então a super-nova comportar-se-á como se Betelgeuse fosse uma estrela estática com um determinado raio. No entanto, as diferentes camadas da estrela podem oscilar umas contra as outras: as camadas exteriores podem expandir-se enquanto as camadas intermédias contraem, e vice-versa.

Para o caso de pulsação simples, o modelo da equipa produziu resultados semelhantes aos modelos que não consideravam a pulsação. “Parece uma super-nova de uma estrela maior ou menor em diferentes pontos da pulsação,” explicou Goldberg. “Quando começamos a ter em conta as pulsações mais complicadas, quando há coisas que se movem para dentro ao mesmo tempo que coisas se movem para fora – é que o nosso modelo realmente produz diferenças visíveis,” explicou.

Nestes casos, os cientistas descobriram que à medida que a luz sai das camadas progressivamente mais profundas da explosão, as emissões parecem o resultado de super-novas de estrelas de diferentes tamanhos.

“A luz da parte da estrela que é comprimida é mais fraca,” realçou Goldberg, “exactamente como seria de esperar de uma estrela mais compacta e sem pulsação.” Ao mesmo tempo, a luz de partes da estrela que se expandiam seria mais brilhante, como se viesse de uma estrela maior e não pulsante.”

Astronomia On-line
3 de Março de 2020

 

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