Simulação incrível mostra estrelas destroçadas ao se aproximarem demais de um buraco negro

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Uma simulação de uma estrela fragmentada por um buraco negro. Créditos: Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA / Taeho Ryu.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Acabamos de ter um pouco mais de visão da morte estelar por buraco negro.

Em uma série de simulações, uma equipe de astrofísicos jogou um monte de estrelas em uma série de buracos negros e registrou o que acontece.

É o primeiro estudo desse tipo, disseram os cientistas, que combina a teoria da relatividade geral de Einstein com modelos realistas das densidades de estrelas da sequência principal. Os resultados nos ajudarão a entender o que está acontecendo quando observamos os flashes de luz de buracos negros distantes destruindo estrelas azaradas.

E as simulações, apoiando um estudo que foi publicado no ano passado, também são lindas pra caramba.

Quando uma estrela se aventura um pouco perto demais de um buraco negro, as coisas ficam violentas muito rapidamente. O campo gravitacional extremo do buraco negro começa a se deformar e então a estrela se fragmenta, devido ao que chamamos de forças de maré – o alongamento de um corpo devido à atração gravitacional de outro.

Quando uma estrela fica tão perto de um buraco negro que a força da maré resulta na remoção do material da estrela, chamamos isso de evento de perturbação de maré.

Na pior das hipóteses para a estrela, não há como escapar. A perturbação é total e parte do material da estrela é sugado para o buraco negro como um macarrão.

Mas nem todo encontro entre um buraco negro e uma estrela termina assim. Algumas estrelas foram observadas sobrevivendo. As simulações, lideradas pelo astrofísico Taeho Ryu, do Instituto Max Planck de Astrofísica na Alemanha, foram projetadas para descobrir quais fatores contribuíram para a sobrevivência de uma estrela.

A equipe criou seis buracos negros virtuais, com massas entre 100.000 e 50 milhões de vezes a do sol. Cada um desses buracos negros teve encontros com oito estrelas da sequência principal, com massas entre 0,15 e 10 vezes a do sol.

Eles descobriram que o principal fator que contribuía para a sobrevivência de uma estrela era a densidade inicial da estrela. Quanto mais densa a estrela, maior a probabilidade de sobreviver a um encontro com um buraco negro. No vídeo acima, você pode ver esses encontros acontecendo ao redor de um buraco negro supermassivo 1 milhão de vezes a massa do Sol. As estrelas com maior densidade são amarelas e com menor densidade são azuis.

A equipe também descobriu que perturbações parciais ocorrem na mesma taxa que perturbações totais, e a proporção da massa da estrela que é perdida pode ser descrita com uma facilidade surpreendente usando uma expressão simples.

Pesquisas futuras para preencher os detalhes mais sutis ajudarão a modelar os efeitos desses encontros, incluindo os eventos de perturbação parcial até então negligenciados, disseram os pesquisadores.

Isso revelará o que pode acontecer a uma estrela depois que ela sobreviver a um encontro com um buraco negro; se continua ao longo da sequência principal ou se transforma em um remanescente estelar; e se ela continuará em órbita ao redor do buraco negro para encontrar uma fragmentação total em uma data posterior.

O estudo que acompanha as simulações foi publicado no The Astrophysical Journal em 2020.