Astrônomos desvendaram o mistério de como algumas estrelas moribundas ejetam buracos negros nascentes, um processo caracterizado por violência e alta velocidade. Esses buracos negros nascem das mortes cataclísmicas de estrelas massivas, levando a velocidades incríveis à medida que são expelidos. Esta nova pesquisa oferece insights sobre os momentos iniciais da existência de um buraco negro.
Buracos negros e estrelas de nêutrons se originam nos núcleos de estrelas massivas próximas ao fim de seus ciclos de vida. Estrelas com pelo menos oito vezes a massa do sol passam por uma fase crítica em que fundem ferro em seus núcleos. Esse processo resulta na formação de uma protoestrela de nêutrons, um aglomerado denso de nêutrons do tamanho de uma cidade, que impede temporariamente o colapso gravitacional completo da estrela. Este estágio intermediário frequentemente desencadeia uma explosão de supernova. No entanto, em certos cenários, o aumento das pressões no núcleo da explosão pode comprimir ainda mais a protoestrela de nêutrons, criando um buraco negro.
Os maiores buracos negros do universo têm sido um assunto de interesse para os astrônomos. Um desses buracos negros, medindo 30 bilhões de vezes a massa do sol, foi detectado usando lente gravitacional, um fenômeno previsto por Einstein. Esta descoberta acrescenta à compreensão da escala e diversidade de buracos negros no universo.
Modelos computacionais anteriores de supernovas podiam simular menos de um segundo do processo de explosão, capturando apenas a explosão inicial. Observações de buracos negros e estrelas de nêutrons reais indicam uma variedade de comportamentos e propriedades. Algumas estrelas de nêutrons exibem velocidades superiores a 3,4 milhões de mph, sugerindo uma ejeção violenta durante a supernova, enquanto outras têm velocidades significativamente mais lentas, implicando um processo de formação mais calmo. Em contraste, buracos negros geralmente mostram velocidades de ejeção mais baixas, apesar de suas origens mais violentas.
Uma equipe de astrônomos conduziu 20 simulações de computador de supernovas para investigar os estágios iniciais de buracos negros e estrelas de nêutrons. Essas simulações foram estendidas para observar o “chute” dado a cada objeto por sua estrela progenitora. As descobertas, publicadas no banco de dados de pré-impressão arXiv e submetidas ao The Astrophysical Journal para revisão por pares, revelam uma forte correlação entre as características da estrela progenitora e a resultante estrela de nêutrons ou buraco negro.
As simulações mostraram que estrelas progenitoras menos massivas e menos compactas, com camadas externas ampliadas em relação aos seus núcleos, levam a supernovas súbitas e quase esféricas. Isso resulta na formação de estrelas de nêutrons de movimento lento. Por outro lado, progenitores mais massivos e compactos que demoram mais para supernovar criam explosões assimétricas, gerando estrelas de nêutrons de movimento rápido.
Descobriu-se que estrelas de nêutrons maiores recebem chutes mais fortes, indicando que uma maior parte da massa do núcleo do progenitor compacto contribui para a formação da estrela de nêutrons. Além disso, os progenitores influenciam o giro das estrelas de nêutrons, com uma tendência geral mostrando que um chute maior corresponde a um giro maior. Explosões assimétricas de estrelas progenitoras não só impulsionam estrelas de nêutrons para fora, mas também lhes conferem uma velocidade de rotação significativa. Esse fenômeno pode explicar as origens dos magnetars, que são estrelas de nêutrons girando rapidamente e altamente magnetizadas.
Buracos negros são formados através de dois mecanismos distintos. Em alguns casos, a estrela progenitora não explode totalmente, mas a pressão do núcleo aumenta o suficiente para formar um buraco negro. Esses buracos negros, com uma média de cerca de 10 massas solares, recebem chutes mínimos e representam a maioria dos buracos negros. Alternativamente, buracos negros podem emergir quando uma estrela progenitora explode completamente e perde uma quantidade significativa de massa, resultando em um buraco negro menor, tipicamente de cerca de três massas solares. Curiosamente, esses buracos negros menores experimentam velocidades de chute incrivelmente altas, mais de 2,2 milhões de mph. No entanto, tais buracos negros de movimento rápido são relativamente raros.
