Algumas estrelas mortas podem abrigar urânio suficiente para detonar uma bomba termonuclear

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Uma nebulosa planetária resultante de uma estrela semelhante ao Sol que se desprendeu de suas camadas externas no final de sua vida. No centro está o remanescente estelar compacto, conhecido como anã branca. (Créditos: NASA; ESA; K. Noll/STSCI)

Traduzido por Julio Batista
Original de Adam Mann para a Science

Uma bomba termonuclear pode estar pulsando profundamente nos núcleos de algumas estrelas mortas. Um novo estudo teórico traça como certos corpos estelares conhecidos como anãs brancas poderiam acumular uma massa crítica de urânio que desencadearia uma explosão de supernova massiva.

As descobertas podem fornecer informações sobre os hábitos de destruição das anãs brancas, que são responsáveis ​​pela criação de elementos pesados ​​como ferro e níquel. As supernovas das anãs brancas iluminam seus arredores com o poder de 5 bilhões de sóis, e os astrônomos as têm usado como “velas padrão” para medir grandes distâncias através do cosmos. Mas essas explosões ainda não são totalmente compreendidas, e o novo estudo pode explicar certas observações anormalmente obscuras desse tipo de supernova.

“É um resultado divertido”, disse o astrofísico Pier-Emmanuel Tremblay, da Universidade de Warwick (Reino Unido), que não esteve envolvido no trabalho.

No final de suas vidas, estrelas até 10 vezes mais massivas que o nosso Sol incham e perdem suas camadas externas. Isso deixa para trás um núcleo do tamanho da Terra extremamente quente, composto quase inteiramente de núcleos atômicos despidos e de elétrons livres.

Certas propriedades da mecânica quântica dos elétrons impedem que eles sejam ainda mais comprimidos, permitindo-lhes manter essa entidade densa. Este objeto remanescente, chamado de anã branca, começa a esfriar, eventualmente congelando em um gigantesco cristal sólido ao longo de bilhões de anos.

Os elementos mais pesados ​​congelam primeiro, estabelecendo-se como sedimentos no centro da estrela morta. Isso deixou o físico teórico Matt Caplan, da Universidade do Estado de Illinois (EUA), e seus colegas se perguntando: será que o urânio, um dos elementos mais pesados ​​da tabela periódica, pode se acumular dentro de uma anã branca?

O urânio-235, um isótopo raro do elemento, pode se dividir espontaneamente, liberando nêutrons e energia. Se houver uma massa crítica do isótopo nas proximidades, os nêutrons atingem outros núcleos de urânio-235 em uma reação em cadeia que leva a uma explosão poderosa.

“É uma ideia maluca”, admite Caplan. “Era um bando de físicos teóricos entediados durante a pandemia pensando sobre este problema estranho.”

As anãs brancas são principalmente carbono e oxigênio; apenas uma mera parte por trilhão é urânio. Ainda assim, Caplan e seu coautor, o astrofísico nuclear Chuck Horowitz, da Universidade de Indiana, em Bloomington (EUA), calcularam que “flocos” do tamanho de grãos de areia contendo urânio, tório e chumbo poderiam precipitar-se nas primeiras centenas de milhões de anos, à medida que uma anã branca esfriava.

As concentrações de urânio-235 dentro desses cristais seriam bastante alarmantes. “De repente, em vez de ser um em um trilhão de núcleos, você tem um em cada dez”, disse Caplan. “E isso significa que você pode ter uma bomba.”

Se o urânio algum dia atingir a massa crítica, ele explodirá espontaneamente – e incendiará as reservas de carbono e oxigênio da anã branca, resultando em uma explosão cataclísmica de supernova. As descobertas apareceram no servidor de pré-publicação arXiv este mês e foram aceitas para publicação na Physical Review Letters.

Por enquanto, o cenário permanece hipotético. Caplan espera que outros pesquisadores possam testar a teoria com poderosas simulações de computador de supernovas. Esse trabalho também pode indicar aos astrônomos como detectar essas explosões.

Ainda assim, não se sabe muito sobre a composição interna das anãs brancas, então não está claro se elas contêm urânio-235 suficiente para desencadear uma explosão, disse Tremblay.

“Acho que a física é muito interessante”, disse ele. “Mas devemos nos perguntar se isso aconteceu ou vai acontecer.”