Nota de Imprensa

Que Quantidade de Massa Dá Origem a um Buraco Negro?

Astrónomos Desafiam Teorias Actuais

18 de Agosto de 2010

Utilizando o Very Large Telescope do ESO, astrónomos europeus demonstraram, pela primeira vez, que uma estrela magnética - um tipo invulgar de estrela de neutrões - se formou a partir de uma estrela com pelo menos 40 vezes a massa do Sol. O resultado desafia grandemente as actuais teorias de evolução estelar, uma vez que, segundo estas teorias, uma estrela com massa desta magnitude deveria transformar-se num buraco negro, e não numa estrela magnética. Levanta-se assim uma questão fundamental: que quantidade de massa deve possuir uma estrela para dar origem a um buraco negro?

Para chegarem a estas conclusões, os astrónomos observaram em grande detalhe o enxame estelar Westerlund 1, situado a 16 000 anos-luz de distância na constelação austral do Altar [1]. A partir de estudos anteriores (eso0510), os astrónomos sabiam já que Westerlund 1 é o super enxame estelar mais próximo conhecido, contendo centenas de estrelas de grande massa, algumas que brilham com a luminosidade de quase um milhão de sóis e outras com duas mil vezes o diâmetro do Sol (tão grandes como a órbita de Saturno).

“Se o Sol estivesse situado no centro deste enxame, o nosso céu nocturno estaria repleto de centenas de estrelas tão brilhantes como a Lua Cheia,” diz Ben Richie, autor principal do artigo científico que apresenta estes resultados.

Westerlund 1 é um fantástico zoo estelar, que apresenta uma população de estrelas diversa e exótica. As estrelas no enxame partilham uma coisa em comum:  todas têm a mesma idade, estimada entre os 3.5 e os 5 milhões de anos, já que o enxame se formou a partir de um único evento de formação estelar.

Uma estrela magnética (eso0831) é um tipo de estrela de neutrões que possui um campo magnético extremamente forte - mil biliões de vezes mais forte que o da Terra - a qual se forma quando certos tipos de estrelas sofrem explosões de supernova.  O enxame Westerlund 1 alberga uma das poucas estrelas magnéticas conhecidas na Via Láctea. Uma vez que pertence a este enxame, os astrónomos puderam deduzir que esta estrela magnética deve ter-se formado a partir de uma estrela com pelo menos 40 vezes a massa do Sol.

Uma vez que todas as estrelas no Westerlund 1 têm a mesma idade, a estrela que explodiu e deixou como resto uma estrela magnética deve ter tido uma vida mais curta do que as restantes estrelas do enxame. “Como o tempo de vida de uma estrela está directamente relacionado com a sua massa - quanto mais massa tem uma estrela, mais curta é a sua vida - se medirmos a massa de qualquer das estrelas sobreviventes, saberemos de certeza que a estrela de vida mais curta que deu origem à estrela magnética deve ter tido ainda mais massa do que a massa medida”, diz o co-autor e líder da equipa Simon Clark. “Isto é extremamente importante, já que não existe nenhuma teoria aceite que como se formam estes objectos extremamente magnéticos.”

Os astrónomos estudaram por isso as estrelas que pertencem ao sistema duplo em eclipse W13 no Westerlund 1, utilizando o facto de que, num tal sistema, as massas podem ser determinadas directamente a partir do movimento das estrelas.

Comparando com estas estrelas, descobriram que a estrela que deu origem à estrela magnética deve ter tido pelo menos 40 vezes a massa do Sol. O que prova pela primeira vez que as estrelas magnéticas podem formar-se a partir de estrelas de tão grande massa, estrelas essas que esperaríamos que formassem buracos negros. O que assumíamos anteriormente era que estrelas com massas iniciais entre 10 e 25 massas solares formariam estrelas de neutrões e aquelas com massas iniciais superiores a 25 massas solares dariam origem a buracos negros.

“Estas estrelas têm que se ver livres de mais de nove décimos das suas massas antes de explodirem como supernovas, porque senão darão antes origem a um buraco negro,” diz o co-autor Ignacio Negueruela. “Perdas de massa tão elevadas antes da explosão apresentam um grande desafio às actuais teorias de evolução estelar.”

“O que levanta a questão de saber quanta massa deve ter uma estrela para que ao colapsar forme um buraco negro, uma vez que estrelas com mais de 40 massas solares não o conseguem,” conclui o co-autor Norbert Langer.

O mecanismo de formação preferido dos astrónomos postula que a estrela que se transforma em estrela magnética - a progenitora - tenha nascido com uma companheira estelar. À medida que ambas as estrelas evoluem começam a interagir, utilizando a energia derivada dos seus movimentos orbitais na ejecção, por parte da estrela progenitora, das enormes quantidades de massa necessárias. Embora não se observe actualmente nenhuma estrela companheira, isto pode dever-se ao facto da supernova que formou a estrela magnética ter originado a separação do binário, ejectando do enxame ambas as estrelas a alta velocidade.

“Se este é o caso, então os sistemas binários poderão ter um papel importante na evolução estelar ao originar perda de massa - o derradeiro “plano de dieta” cósmico para estrelas de grande massa, o qual faz deslocar mais de 95% da sua massa inicial,” conclui Clark.

Notas

[1] O enxame aberto Westerlund 1 foi descoberto na Austrália em 1961 pelo astrónomo sueco Bengt Westerlund, o qual foi posteriormente Director do ESO (1970-74). Este enxame encontra-se por trás de uma enorme nuvem interestelar de gás e poeira, que bloqueia a maior parte da radiação visível. O factor de obscurecimento é de mais de 100 000, e é a razão pela qual se demorou tanto tempo a descobrir a verdadeira natureza deste enxame tão particular.

Westerlund 1 é um laboratório natural único no estudo da física estelar extrema, ajudando os astrónomos a descobrir como vivem e morrem as estrelas de maior massa da nossa Via Láctea. A partir de observações, os astrónomos concluíram que este enxame extremo deve conter, muito provavelmente, nada menos do que 100 000 vezes a massa do Sol, e todas as suas estrelas se situam numa região com menos de 6 anos-luz de comprimento. Westerlund 1 parece ser assim o enxame jovem de maior massa mais compacto identificado na galáxia da Via Láctea.

Todas as estrelas do Westerlund 1 analisadas até agora têm massas da ordem de 30-40 vezes a massa solar. Uma vez que estas estrelas têm uma vida bastante curta - em termos astronómicos - Westerlund 1 tem que ser bastante jovem. Os astrónomos determinaram que a sua idade se situa entre os 3.5 e os 5 milhões de anos. Assim, Westerlund 1 é claramente um enxame “recém-nascido” na nossa galáxia.

Informações adicionais

O trabalho descrito nesta Nota de Imprensa Científica do ESO será publicado na revista da especialidade Astronomy and Astrophysics (“A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: II. Dynamical constraints on magnetar progenitor masses from the eclipsing binary W13”, por B. Ritchie et al.). A mesma equipa publicou um primeiro estudo sobre este objecto em 2006 (“A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1”, por M.P. Muno et al., Astrophysical Journal, 636, L41).

A equipa é composta por Ben Ritchie e Simon Clark (The Open University, UK), Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Espanha), e Norbert Langer (Universität Bonn, Alemanha, e Universiteit Utrecht, Holanda).

Os astrónomo utilizaram o instrumento FLAMES montado no Very Large Telescope do ESO, Paranal, Chile, para estudar as estrelas do enxame Westerlund 1.

O ESO, o Observatório Europeu do Sul, é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 14 países: Áustria, Alemanha, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Itália, Holanda, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e funcionamento de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta, no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronómico, no visível, mais avançado do mundo e o VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo. O ESO é o parceiro europeu do revolucionário telescópio  ALMA, o maior projecto astronómico que existe actualmente. O ESO encontra-se a planear o European Extremely Large Telescope, E-ELT, um telescópio de 42 metros que observará na banda do visível e próximo infravermelho. O E-ELT será “o maior olho no céu do mundo”.

Links

• Artigo científico
• Mais informação: Black Hole Press Kit

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Email: jsc@star.ucl.ac.uk

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Tel: +34 965 903400 ext 1152
Email: ignacio.negueruela@ua.es

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1034, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.