O que sobra quando uma estrela morre?

Quando uma estrela morre, ela não some: sobra um cadáver. E existem só três tipos possíveis de cadáver — anã branca, estrela de nêutrons ou buraco negro. Qual deles vai ser não depende de sorte nem de idade. Depende quase só de uma coisa: a massa que a estrela tinha. Estrela leve deixa anã branca. Estrela pesada deixa estrela de nêutrons. Estrela muito pesada deixa buraco negro. É uma das poucas coisas realmente simples da astronomia.

A massa decide tudo

Esta tabela é o artigo inteiro em cinco linhas. Os limites são aproximados e ainda discutidos nas bordas, mas a ordem é sólida:

"Sol" aqui é unidade de medida: uma estrela de 8 Sóis tem oito vezes a massa do nosso. E repare numa coisa que surpreende muita gente: o Sol não vai explodir nem virar buraco negro. Ele é leve demais para as duas coisas. Explicamos isso em detalhe em O Sol vai explodir? Quando e o que acontece com a gente.

Por que uma estrela morre, afinal

Uma estrela é uma disputa que dura bilhões de anos. De um lado, a gravidade, puxando toda aquela massa para o centro. Do outro, a energia da fusão nuclear no núcleo, onde hidrogênio vira hélio e libera uma quantidade absurda de calor, empurrando tudo para fora.

Enquanto houver combustível, a disputa empata e a estrela fica estável. É um cabo de guerra parado.

Morrer, para uma estrela, é simplesmente acabar o combustível. Quando o núcleo não consegue mais fundir nada que libere energia, o empurrão de fora cessa — e a gravidade, que nunca descansou um segundo, vence de uma vez. O núcleo desaba sobre si mesmo em questão de segundos.

O que acontece nesse desabamento é o que define o cadáver. E a pergunta é sempre a mesma: alguma coisa consegue segurar o colapso?

Anã branca: o destino do Sol e da maioria

Para estrelas de até cerca de 8 massas solares — o nosso Sol incluído —, a resposta é sim. Quem segura são os elétrons.

Existe uma regra da física quântica que proíbe dois elétrons de ocuparem exatamente o mesmo estado. Comprimidos até o limite, eles empacam e criam uma pressão que não tem nada a ver com temperatura: é resistência pura, e ela aguenta o tranco. O núcleo para de encolher quando chega ao tamanho de um planeta.

O resultado é uma anã branca: o núcleo nu da estrela, com cerca de metade a 0,6 da massa do Sol espremida num volume do tamanho da Terra.

A densidade disso é difícil de engolir. Um cubinho de açúcar de matéria de anã branca pesaria cerca de uma tonelada — o mesmo que um carro popular. Você não conseguiria levantar uma colher desse material com um guindaste.

Antes de virar anã branca, a estrela passa por um espetáculo. Ela incha como gigante vermelha e sopra as camadas exteriores para o espaço, formando uma casca de gás iluminada pelo núcleo quente que ficou. É isso que aparece na foto de capa: a Nebulosa Hélice, a 650 anos-luz daqui, com a anã branca brilhando bem no meio do "olho". Esse tipo de nebulosa tem um nome infeliz — nebulosa planetária, que não tem nada a ver com planetas — e a história do apelido está em O que é uma nebulosa? Tipos, como se formam e como ver.

Vale saber que essa fase é curtíssima em escala cósmica: a casca de gás se dispersa em uns 10 mil anos. Depois sobra só a anã branca, que não produz mais energia nenhuma e passa os próximos bilhões de anos apenas esfriando, como uma brasa esquecida. Nenhuma anã branca do universo teve tempo de esfriar por completo ainda — o universo é novo demais para isso.

Cerca de 97% de todas as estrelas da nossa galáxia vão terminar assim.

Estrela de nêutrons: uma colher de chá pesando um bilhão de toneladas

Se o núcleo que sobra passa de mais ou menos 1,4 vez a massa do Sol — o chamado limite de Chandrasekhar, calculado pelo físico indiano Subrahmanyan Chandrasekhar em 1930 —, a resistência dos elétrons não é suficiente. O colapso continua.

Aí acontece algo brutal: a pressão junta à força os elétrons com os prótons e os transforma em nêutrons. Praticamente toda a estrela vira uma só massa de nêutrons colados, e o colapso só para quando eles também empacam.

O que sobra é uma estrela de nêutrons: uma esfera de aproximadamente 20 quilômetros de diâmetro com mais massa que o Sol inteiro dentro. Vinte quilômetros é menos que a largura da cidade de São Paulo — daria para apoiar uma estrela de nêutrons sobre a capital paulista e ainda sobrar rua dos dois lados.

A densidade aqui deixa a anã branca no chinelo. Uma colher de chá de matéria de estrela de nêutrons pesaria cerca de um bilhão de toneladas — mais do que o peso somado de toda a humanidade. É a matéria mais densa que existe fora de um buraco negro.

O nascimento de uma estrela de nêutrons é violento: o colapso do núcleo ricocheteia e arranca as camadas de fora numa explosão de supernova, que por alguns dias pode brilhar mais que uma galáxia inteira.

O exemplo clássico está na foto acima. Em 1054, astrônomos chineses registraram uma "estrela convidada" que apareceu do nada no céu e ficou visível até de dia por semanas. Era uma supernova. Hoje, no lugar dela, existe a Nebulosa do Caranguejo — e, bem no centro, a estrela de nêutrons que sobrou, girando 30 vezes por segundo e varrendo o espaço com um facho de radiação como um farol. Estrelas de nêutrons que fazem isso ganham o nome de pulsares.

Buraco negro: quando nem os nêutrons seguram

Existe um teto também para os nêutrons. Se o núcleo que resta passa de algo entre 2 e 3 massas solares — o limite exato ainda é objeto de pesquisa —, nem a pressão dos nêutrons aguenta.

E aí, pela primeira vez, nada segura. Não existe mais nenhuma força conhecida capaz de deter o colapso. A matéria continua encolhendo sem parar até o ponto em que a gravidade fica tão intensa que nem a luz escapa.

Nasceu um buraco negro.

Isso acontece com estrelas que começaram a vida com mais de umas 20 a 25 massas solares. Vale um cuidado: um buraco negro estelar não é enorme. Um com três vezes a massa do Sol tem um horizonte de eventos — a fronteira sem volta — de apenas 9 quilômetros de raio. Ele é pequeno e absurdamente compacto, não um ralo gigante sugando o céu. Por que ele não engole tudo em volta está respondido em Um buraco negro pode engolir a Terra?, e o que aconteceria com quem caísse lá dentro está em O que acontece se você cair em um buraco negro? 5 coisas bizarras.

Nem toda estrela pesada explode antes de virar buraco negro. Há indícios de casos em que a estrela simplesmente desaparece, colapsando direto sem fogos de artifício. Astrônomos já flagraram estrelas supergigantes que sumiram do catálogo sem nenhuma supernova registrada — um desfecho estranho e ainda em investigação.

E as estrelas pequenas, que ainda não morreram

Falta a primeira linha da tabela, e ela é a mais curiosa de todas.

Cerca de três em cada quatro estrelas da nossa galáxia são anãs vermelhas: estrelas pequenas, frias e econômicas, com menos da metade da massa do Sol. Elas queimam o combustível tão devagar que a expectativa de vida delas chega a trilhões de anos.

O universo tem 13,8 bilhões de anos. Isso é menos de 1% do tempo de vida de uma anã vermelha. Ou seja: nenhuma anã vermelha do universo morreu ainda. Nenhuma. Tudo o que se diz sobre o fim delas é previsão teórica, porque não existe nem um só exemplo para observar.

É como tentar descrever a velhice humana numa civilização que existe há seis meses.

Os tamanhos e as massas do outro extremo — as gigantes que vivem pouquíssimo e morrem em supernova — estão em Qual é a maior estrela do universo? E por que o Sol é pequeno.

E há um detalhe que fecha o círculo: os átomos de cálcio dos seus ossos e o ferro do seu sangue foram fabricados dentro de estrelas e espalhados por essas mortes. Cada morte de estrela é também um adubo. O material que sobra volta para a nuvem de gás da galáxia e entra na receita da geração seguinte — de estrelas, de planetas e, pelo menos uma vez, de gente.