Daqui a bilhões de anos, quando o sol estiver no seu auge final da morte (isto é, depois de já ter vaporizado a Terra), seu núcleo de hélio entrará em colapso, encolhendo-se em uma bola de gás brilhante firmemente comprimida chamada anã branca .
Mas enquanto essas lápides estelares já pontuam nossa paisagem galáctica, seus interiores permanecem um quebra-cabeça na física - o que não é surpresa, dado o quão estranhos são.
Recentemente, um par de pesquisadores criou um modelo sofisticado para "olhar" o interior de uma anã branca. E adivinha? Esses excêntricos cósmicos poderiam envergonhar as trufas terrestres, pois parecem ter centros cremosos cheios de líquidos quânticos exóticos.
A estrela outrora orgulhosa
Estrelas como o nosso sol obtêm sua energia fundindo hidrogênio em hélio no fundo de seus núcleos. Essa produção de energia não pode durar para sempre - eventualmente, o hidrogênio disponível acaba e a festa para. Mas perto do fim de suas vidas, as estrelas podem acender as luzes brevemente queimando hélio, deixando para trás um núcleo inerte e morto de carbono e oxigênio.
Mas estrelas pequenas como o nosso sol não têm força gravitacional suficiente para fundir carbono e oxigênio em elementos mais pesados, como magnésio ou ferro, e assim morrem, virando-se do avesso e liberando sua atmosfera em uma atmosfera bonita (ou sangrenta, dependendo da sua nebulosa planetária.
Esse núcleo de carbono e oxigênio permanece para trás, uma fração significativa da massa da estrela trancada dentro de um núcleo não maior que a Terra. Quando os astrônomos descobriram pela primeira vez esses objetos estranhos - agora conhecidos como anãs brancas - eles pensaram que eram impossíveis, com densidades calculadas acima de um bilhão de vezes a do ar que respiramos. Como algo poderia ter uma densidade tão extrema e não simplesmente desmoronar sob seu próprio peso terrível?
Mas as anãs brancas não são impossíveis, e as idéias teóricas do início do século XX resolveram o mistério de como as anãs brancas poderiam existir. A resposta veio na forma de mecânica quântica e a constatação de que em altas densidades a natureza é, para simplificar, muito estranha. No caso de anãs brancas, apenas um certo número de elétrons pode ser empacotado dentro. Como esses elétrons giratórios se repelem, juntos eles criam pressão suficiente para manter as estrelas mortas em forma de balão, suportando até as forças quase esmagadoras da gravidade.
E assim cadáveres estelares podem sobreviver por trilhões de anos.
Centros cheios de creme
Embora esses cálculos anteriores mostrassem como as anãs brancas poderiam existir em nosso universo, os astrofísicos sabiam que descrições simples não captariam completamente o que está acontecendo em núcleos exóticos. Afinal, este é um estado de matéria que é completamente inacessível para laboratórios e experimentos aqui na Terra - quem sabe que jogos estranhos a natureza pode fazer, no fundo desses corações mortos?
Físicos e astrônomos têm se perguntado sobre o interior de anãs brancas há décadas e, em um artigo recente publicado no jornal de pré-impressão arXiv, um par de físicos teóricos russos propôs um novo modelo de núcleos profundos em anãs brancas, detalhando como o modelo deles se baseia e se desvia de trabalhos anteriores, e como os observadores podem dizer se o novo modelo é preciso.
Nesse novo modelo, os cientistas simularam o núcleo da anã branca como composto de apenas um tipo de núcleo carregado pesado (isso não é totalmente preciso, pois as anãs brancas são uma mistura de vários elementos como carbono e oxigênio, mas é um bom ponto de partida), com essas partículas imersas em uma sopa grossa de elétrons.
Essa configuração assume que as anãs brancas são quentes o suficiente para ter interiores líquidos, o que é uma suposição razoável, já que quando elas nascem (ou melhor, quando são finalmente expostas após a morte de suas estrelas anfitriãs), elas têm temperaturas bem acima de um milhão de graus Kelvin.
As camadas mais externas de uma anã branca são expostas ao ambiente gelado de um vácuo puro, permitindo que o hidrogênio assente na superfície, proporcionando uma atmosfera leve e fina. E em épocas extremas, as anãs brancas esfriam, formando um cristal gigante, mas há tempo suficiente para que, na maioria das vezes, as anãs brancas sejam preenchidas com um líquido quântico exótico de carbono e oxigênio, de modo que o modelo usado neste estudo é relativamente preciso por uma grande fração da vida de uma anã branca.
Superfícies de assinatura
Como tripas de anã branca representam um dos ambientes mais incomuns do universo, estudá-las poderia revelar algumas propriedades profundas da mecânica quântica em condições extremas. Mas como os cientistas nunca podem esperar amarrar uma anã branca nas proximidades para trazê-la para uma vivissecção, como podemos dar uma olhada embaixo do capô?
Os pesquisadores do novo modelo mostraram como a luz emitida pelas anãs brancas pode ser um calor diferente. Anãs brancas não geram calor por conta própria; suas temperaturas intensas são o resultado das pressões gravitacionais extremas que eles enfrentaram quando estavam dentro das estrelas. Mas uma vez que sua estrela hospedeira desaparece e é exposta ao espaço, ela brilha intensamente - nos primeiros milhares de anos após sua grande revelação, fica tão quente que emite radiação de raios-X.
Mas esfriam-se, muito lentamente, vazando seu calor como radiação para o espaço. E já observamos as anãs brancas há tempo suficiente para que possamos vê-las esfriar ao longo dos anos e décadas. A rapidez com que esfriam depende da eficiência com que o calor retido pode escapar para suas superfícies - o que, por sua vez, depende da natureza exata de suas entranhas.
Outra característica que os pesquisadores mostraram que poderia ser usada para investigar dentro de anãs brancas é sua oscilação sempre tão leve. Assim como a sismografia é usada para estudar o núcleo da Terra, a composição e o caráter de uma anã branca mudam a forma como as vibrações se exibem na superfície.
Por fim, podemos usar populações de anãs brancas para obter uma dica sobre seus interiores, uma vez que a relação entre suas massas e seus tamanhos depende das relações mecânicas quânticas precisas que governam seus interiores.
Em particular, a nova pesquisa sugere que a maioria das anãs brancas deve esfriar mais rapidamente do que pensávamos, vibrar um pouco menos do que os modelos mais antigos sugerem e ser um pouco maior que o esperado do que se não levássemos em conta esse modelo mais realista. Agora, cabe aos astrônomos fazer medições precisas o suficiente para ver se estamos realmente entendendo esses ambientes exóticos ou se precisamos tomar outra rachadura.
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Paul M. Sutter é um astrofísico da Universidade Estadual de Ohioanfitrião de Pergunte a um astronauta e Rádio Espaciale autor de Seu lugar no universo.
