Essas podem ser as últimas explosões antes de o universo escurecer por completo

Se estiverem corretas as novas previsões sobre os vestígios de estrelas semelhantes ao Sol, tudo terminará com uma série de explosões seguidas por um lamento final.

Publicado 19 de ago. de 2020 07:00 BRT, Atualizado 5 de nov. de 2020 01:56 BRT
Estrelas anãs brancas antigas capturadas pelo telescópio espacial Hubble da Nasa na Via Láctea em 2012. ...

Estrelas anãs brancas antigas capturadas pelo telescópio espacial Hubble da Nasa na Via Láctea em 2012. Essas estrelas são as mais antigas do universo, tendo entre 12 e 13 bilhões de anos. Uma nova pesquisa revelou que as anãs brancas também serão as últimas estrelas presentes no universo até que por fim explodam em um futuro inimaginavelmente distante.

Foto de Image by NASA and H. Richer (University of British Columbia)

O capítulo final da história do universo poderá ser um tanto sombrio. Os físicos acreditam que daqui a incontáveis bilhões de anos, depois que todas as estrelas se extinguirem, o universo será uma extensão fria e escura sem nada de interessante acontecendo ou que possa vir a acontecer. À medida que o próprio espaço se expande e a matéria fica cada vez mais escassa, menos energia fica disponível. Ao longo das eras o universo simplesmente vem enfraquecendo em um cenário conhecido como morte térmica.

Mas antes das luzes se apagarem definitivamente, pode ser que ocorra uma última exibição de fogos de artifício. Os astrônomos acreditam que estrelas compactas conhecidas como anãs brancas estarão entre os últimos objetos  em um universo que não para de envelhecer. Agora, um artigo aceito para publicação na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society constatou que essas estrelas podem continuar passando pelo processo de fusão nuclear a um ritmo incrivelmente lento, que resultará, em algum momento, em explosões semelhantes a supernovas.

A ideia da explosão das anãs brancas é uma surpresa para os cientistas, pois geralmente essas estrelas em seu estágio final são consideradas “estrelas em eterno resfriamento”, explica Abigail Polin, astrofísica do Instituto de Tecnologia da Califórnia e do Observatório Carnegie que não participou do estudo.

Com base no novo modelo, a primeira explosão dessas anãs brancas ocorrerá apenas dentro de aproximadamente 101100 anos. O número 1 é seguido por 1.100 zeros — um número tão grande que não existe nomenclatura para ele. “Se o número for escrito, será uma página inteira de zeros”, diz o autor do estudo Matt Caplan, astrofísico da Universidade Estadual de Illinois. (A idade atual do universo é de meros 13,7 bilhões de anos.)

“Está além do escopo de qualquer escala de tempo em que geralmente pensamos”, concorda Polin. Mas se Caplan estiver certo, essas explosões seriam os últimos grandes eventos da astrofísica antes da imersão total na escuridão.

Movidas a gases cósmicos

As estrelas queimam por meio da fusão de hidrogênio e hélio em seus núcleos. Quando uma estrela típica, aproximadamente do tamanho do nosso Sol ou um pouco mais pesada, consome todo o seu hidrogênio, fica sem energia suficiente para neutralizar sua própria gravidade. Seu núcleo começa a se contrair conforme as camadas externas se expandem drasticamente. À medida que o núcleo encolhe, as pressões e as temperaturas aumentam, permitindo que os elementos mais pesados se fundam. A estrela acaba eliminando suas camadas externas e o que sobrou forma um objeto ultradenso de apenas alguns milhares de quilômetros de diâmetro — uma anã branca.

Estrelas anãs brancas capturadas durante uma pesquisa astronômica conduzida pelo telescópio espacial Hubble da Nasa em 2006.

Foto de Image by NASA, ESA, A. Calamida and K. Sahu (STScI), and the SWEEPS Science Team

Durante um período de trilhões a centenas de trilhões de anos, as anãs brancas irradiam todo calor remanescente, e os vestígios congelados às vezes são denominados anãs negras. Mas, embora as anãs negras sejam frias e pequenas, o que permite que permaneçam estáveis por grandes períodos de tempo, os cálculos de Caplan mostram que a fusão nuclear ainda pode ocorrer devido a um fenômeno conhecido como tunelamento quântico.

Dentro dos núcleos das anãs negras, os núcleos dos átomos possuem uma carga positiva; portanto, se repelem como os polos de um ímã. Mas, segundo a teoria quântica, cada núcleo atua como uma onda e também como uma partícula. Devido a essa propriedade semelhante a uma onda, um núcleo ocasionalmente “cria um túnel” através da barreira de repulsão que o separa de seu vizinho com carga semelhante.

“Consideramos as anãs brancas objetos totalmente inertes”, diz Marten van Kerkwijk, astrofísico da Universidade de Toronto que não participou do estudo. “É muito interessante pensar que essas estrelas mortas e silenciosas continuam se fundindo.”

Segundo Caplan, ao longo de vários trilhões de anos, essas reações de fusão superlentas produzirão o elemento pesado ferro. O processo também liberará pósitrons, que são semelhantes aos elétrons, mas que possuem carga positiva. Quando esses pósitrons esbarram com os elétrons no núcleo da estrela, um destrói o outro. Sem esses elétrons e a pressão exercida por eles, a própria anã branca não mais conseguirá controlar o puxão da gravidade. Ela continuará a encolher até “irromper” externamente em uma explosão, semelhante a uma supernova tradicional.

Caplan observa que apenas as estrelas anãs brancas mais pesadas — com massa acima de 1,2 vezes a do Sol — podem explodir dessa forma. Mesmo assim, uma explosão de anã branca será o destino de quase um por cento das cerca de 1023  estrelas que existem hoje, diz ele.

Antes das explosões, as anãs negras que se fundem silenciosamente não liberariam nenhuma luz visível. “Não seria nem possível visualizá-las antes da explosão acontecer”, diz Caplan.

Entretanto, se a própria matéria é instável, os remanescentes estelares, como as anãs brancas, podem não durar tempo suficiente para que esse lento processo de fusão ocorra. Os físicos vêm especulando que os alicerces subatômicos da matéria, os prótons, podem se decompor por longos períodos de tempo — de 1031 a 1036 anos. Se isso ocorrer, as anãs brancas podem evaporar antes que tenham a chance de explodir.

Mas enquanto os prótons existirem, “a física demonstrada no artigo de Caplan e seus resultados parecem ser legítimos”, afirma Fred Adams, astrofísico da Universidade de Michigan e coautor do livro de 1999 The Five Ages of the Universe: Inside the Physics of Eternity (As cinco idades do universo: por dentro da física da eternidade, em tradução livre), que explora o futuro distante do universo.

Embora a morte térmica seja atualmente a teoria mais amplamente aceita sobre o fim do universo, os astrofísicos continuam a debater uma série de alternativas. O universo pode desmoronar em direção ao seu próprio interior, com toda a matéria sendo comprimida em um único ponto, podendo ainda ocorrer outro big bang. Ou talvez a expansão acelerada do universo ocorra de tal forma que destrua o próprio espaço, nesse caso, cada átomo por fim se separará.

As últimas luzes em meio à escuridão infinita

Quando as anãs brancas começarem a morrer, o universo ficará irreconhecível. As galáxias terão perdido sua estrutura e vestígios de estrelas se movimentarão livremente pelo espaço. Daqui a 10100 anos, até mesmo os maiores buracos negros conhecidos provavelmente terão evaporado devido a um processo conhecido como radiação Hawking. Embora seja um futuro incrivelmente distante, não é nada comparado à escala de tempo das explosões das anãs brancas.

A energia escura — a força misteriosa que neutraliza a gravidade e empurra tudo para longe de todo o restante — terá separado qualquer objeto restante, inclusive as estrelas anãs brancas, a um ponto em que não será possível visualizar um objeto próximo de outro.

Sem as estrelas queimando para produzir calor, é altamente improvável que algo continue vivo nesse ponto — mas se houver alguma criatura, ela poderia ver apenas uma única explosão de anã branca porque todas as outras ocorreriam fora de seu “horizonte cosmológico”, a distância máxima na qual informações de qualquer tipo, incluindo luz, podem ser recuperadas.

Embora um período de 101100 anos desafie a imaginação, ele apenas marca o início do fim, quando as anãs brancas mais pesadas explodiriam. As mais leves levarão mais tempo — até cerca de 1032.000 anos, de acordo com os cálculos de Caplan. E, apesar dessas explosões, a morte térmica do universo não pode ser impedida. A explosão de estrelas anãs brancas pode muito bem ser o último som do cosmos.

“Depois disso, o universo ficará frio, escuro e triste para sempre”, diz Caplan. “A menos que haja uma nova física que não tenha sido descoberta.”

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