Morte de uma estrela maciça

• Pode 9, 2024

Estrelas massivas nascem da mesma maneira que estrelas menores como o Sol. A gravidade faz uma nuvem de gás colapsar até que seja densa o suficiente e quente o suficiente para começar queima de hidrogênio. Isto é o fusão nuclear de átomos de hidrogênio para formar átomos de hélio. A força externa da energia das reações nucleares equilibra a força da gravidade. Uma estrela como o Sol não fica sem combustível por bilhões de anos, mas uma estrela massiva brilha intensamente e gasta seu combustível em uma fração do tempo.

Nucleossíntese estelar
Quando uma estrela fica sem combustível de hidrogênio, o núcleo se contrai. Isso produz calor, talvez o suficiente para começar a queima de hélio. Isso acontece em estrelas parecidas com o sol, bem como estrelas mais massivas que o sol. Embora o núcleo se contraia, as camadas externas se expandem. Estrelas semelhantes ao sol incham gigantes vermelhos e estrelas maciças em supergigantes vermelhos.

Mas quando o hélio se esgota, a fusão acaba com estrelas cuja massa é de 0,5 a 8 vezes a massa do Sol. Como sem fusão não há força externa para restringir a gravidade, a estrela entra em colapso anã branca.

E estrelas de alta massa - o que acontece com elas? Por serem mais massivas, elas queimam mais quente. A fusão do hélio produz carbono e oxigênio, e uma estrela massiva pode fundir esses átomos mais pesados ​​para produzir os ainda mais pesados. Eles podem passar por vários desses ciclos até a estrela fundir silício em ferro e acabar com um núcleo de ferro. O processo de fusão de elementos mais leves com os mais pesados ​​é conhecido como nucleossíntese estelar.

Quando a estrela tem um núcleo de ferro, esse é o fim. Você não pode fundir ferro para liberar energia. A gravidade finalmente vence. Sem nada para detê-lo, a estrela entra em colapso da maneira mais espetacular.

Um pouco sobre átomos
Antes de continuar a história, precisamos observar alguns fatos sobre os átomos.

• Um átomo tem um núcleo feito de prótons (com uma carga positiva) e nêutrons (que são neutros).


• Ao redor do núcleo há uma nuvem de órbita elétrons com encargos negativos.


• O núcleo é milhares de vezes menor que o átomo inteiro.


• Embora os elétrons sejam pequenos em comparação com os prótons e nêutrons, suas órbitas são grandes.


• A matéria comum é feita de átomos que são na maior parte espaço vazio - parece sólida porque os elétrons se movem muito rápido.

Mas e se pudéssemos esmagar os elétrons no núcleo e nos livrar de todo esse espaço?

A estrela entra em colapso
Há tanta coisa na estrela em colapso que o núcleo não acaba como uma anã branca. Ele cai tão violentamente que os elétrons de seus átomos são empurrados para o núcleo. Lá eles reagem com os prótons para produzir nêutrons e neutrinos. (Neutrinos são partículas subatômicas extremamente pequenas, sem carga elétrica e quase sem massa.) O núcleo agora é feito de nêutrons e é incrivelmente denso. Tudo isso acontece em uma fração de segundo - muito menos tempo do que o necessário para ler este parágrafo.

O núcleo se torna tão denso que resiste a qualquer colapso adicional, e a matéria que cai em alta velocidade o atinge e ricocheteia. A colisão libera todos esses neutrinos. Eles carregam a energia do colapso do núcleo e aquecem todo o material infalível em bilhões de graus. Tudo, exceto o núcleo de nêutrons, é lançado a velocidades de milhões de quilômetros por hora. Uma onda de choque empurra os detritos em expansão, e elementos mais leves são fundidos em outros mais pesados, incluindo os mais pesados, como ouro e urânio. Isso acontece nos primeiros quinze minutos.

Chamamos a explosão de Super Nova, e é tão poderoso que, por um tempo, é tão brilhante quanto uma galáxia inteira.

Estrêla de Neutróns
Se o núcleo da estrela colapsada estiver entre 1,5 e 3 vezes a massa do Sol, ele se tornará um Estrêla de Neutróns. Embora tenha muita massa, lembre-se de que seus átomos entraram em colapso; portanto, seu raio é de apenas 10 km (6 milhas). No entanto, uma colher de chá de sua matéria pesaria bilhões de toneladas. A estrela não pode entrar em colapso porque os nêutrons fortemente compactados exercem uma força externa chamada pressão de degeneração de nêutrons.

Uma estrela de nêutrons em rotação rápida é uma pulsar. Enquanto gira, emite pulsos de radiação eletromagnética. Cada vez que vira em nossa direção, um pulso de emissão de rádio pode ser detectado. Um pulsar de milissegundos gira tão rápido que há apenas um milissegundo entre os pulsos. O pulsar na imagem do cabeçalho é um pulsar de milissegundos, mas emite exclusivamente radiação gama.

Buracos negros
Se o núcleo for mais massivo do que cerca de três vezes a massa do Sol, nem a pressão da degeneração pode impedir o colapso. O resultado é um buraco negro. Na verdade, não é um buraco no espaço, mas a gravidade da massa altamente concentrada torce o espaço. Sua gravidade é tão forte que a velocidade necessária para escapar dela é maior que a velocidade da luz, de modo que nem a luz pode escapar.Embora não possamos ver buracos negros, às vezes podemos detectar seus efeitos gravitacionais em outros objetos.

Remanescente de supernova
O núcleo de uma estrela massiva acaba como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, mas também há o restante da matéria, o material expelido da estrela na explosão. A camada de gás e poeira em expansão, impulsionada por uma onda de choque, é chamada de remanescente de supernova. É onde a nucleossíntese de elementos pesados ​​ocorreu e, à medida que viaja, enriquece o espaço entre as estrelas com esses elementos pesados. Além disso, a onda de choque pode desencadear a formação de novas estrelas, e as novas estrelas se beneficiarão dos elementos pesados ​​deixados para trás.

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