O que acontece se você colocar um buraco negro no centro do Sol?

Com informações da Sociedade Max Planck - 28/12/2023

Impressão artística de um pequeno buraco negro localizado no centro do Sol. Ainda é o que os cientistas chamam de um experimento mental, mas é factível.
[Imagem: MPA/Wikimedia/Creative Commons]

Buracos negros primordiais

Em um cenário hipotético, pequenos buracos negros primordiais poderiam ser capturados por estrelas recém-formadas. Uma equipe internacional de astrofísicos modelou agora a evolução destas chamadas "estrelas Hawking" e descobriu que elas podem ter vidas surpreendentemente longas, assemelhando-se a estrelas normais em muitos aspectos.

E a astrossismologia pode ajudar a identificar essas estrelas, o que por sua vez permitiria testar a existência de buracos negros primordiais e o seu papel como componente da matéria escura - por menores que sejam, buracos negros têm massas gigantescas, e isso poderia suprir a "falta de massa" para explicar a coesão das galáxias, algo que hoje conhemos como matéria escura.

Os buracos negros primordiais teriam se formado no universo primitivo com uma ampla gama de massas, desde alguns tão pequenos quanto um asteroide até milhares de massas solares. Além de serem um componente importante da matéria escura, eles poderiam também constituir as sementes dos buracos negros supermassivos no centro das galáxias atuais.

"Os cientistas às vezes fazem perguntas malucas a fim de aprender mais," comenta a professora Selma de Mink, do Instituto Max Planck de Astrofísica (MPA). "Nem sabemos se tais buracos negros primordiais existem, mas ainda podemos fazer um interessante experimento mental."

Então vamos ao exercício científico: Se assumirmos que um grande número de buracos negros muito pequenos foram criados logo após o Big Bang (os tais buracos negros primordiais), alguns deles poderiam ter sido capturados durante a formação de novas estrelas. Mas como isso afetaria a estrela durante sua vida?

Estes dois diagramas mostram a evolução radial de uma estrela com a massa do Sol, sem (esquerda) e com (direita) um buraco negro com massa inicial semelhante a um asteroide. A linha sólida preta mostra o raio da fotosfera, a linha vertical tracejada mostra a idade atual do Sol. A região vermelha mostra onde o hidrogênio é convertido em hélio na fusão nuclear, que fornece a maior parte da luminosidade solar até que o buraco negro comece a crescer visivelmente (região negra; para idades menores o buraco negro é pequeno demais para ser visto neste gráfico) . O buraco negro impulsiona a convecção (hachuras), que mistura as partes mais internas da estrela. Observe a escala diferente dos eixos y.
[Imagem: MPA]

Estrelas de Hawking

Com uma probabilidade muito pequena, uma estrela recém-formada poderia capturar um buraco negro com a massa equivalente à de um asteroide ou de uma pequena lua, que ocuparia então o centro da estrela. Essa estrela é chamada de "estrela Hawking", em homenagem a Stephen Hawking, que propôs pela primeira vez essa ideia em um artigo na década de 1970.

O buraco negro no centro de uma estrela Hawking cresceria apenas lentamente, já que a entrada de gás para alimentar o buraco negro é dificultada pelo fluxo de luminosidade. Uma equipe internacional de cientistas modelou agora a evolução de uma estrela assim considerando várias massas iniciais para o buraco negro e diferentes modelos de acreções para o centro estelar.

O resultado é surpreendente: Em vez de consumir rapidamente a estrela, quando a massa do buraco negro é pequena a estrela é essencialmente indistinguível de uma estrela normal.

"As estrelas que abrigam um buraco negro no seu centro podem viver surpreendentemente muito tempo," disse Earl Bellinger, da Universidade de Yale, nos EUA. "Nosso Sol pode até ter um buraco negro tão massivo quanto o planeta Mercúrio em seu centro, sem que percebamos."

A principal diferença entre uma estrela Hawking e uma estrela normal estaria perto do núcleo, que se tornaria convectivo devido à acreção rumo ao buraco negro. Ele não alteraria as propriedades da estrela na sua superfície e escaparia às atuais capacidades de detecção. No entanto, ele poderia ser detectável utilizando o campo relativamente novo da astrossismologia, quando os astrônomos utilizam oscilações acústicas para sondar o interior de uma estrela.

Além disso, em sua evolução tardia, na fase de gigante vermelha, o buraco negro pode levar a assinaturas características. Com projetos futuros, como o Plato, esses objetos poderão ser descobertos. No entanto, são necessárias mais simulações para determinar as implicações de colocar um buraco negro em estrelas de várias massas e metalicidades.

Factível

A conclusão principal do estudo é que, se os buracos negros primordiais realmente se formaram logo após o Big Bang, procurar estrelas de Hawking poderia ser uma maneira de encontrá-los.

"Mesmo que o Sol seja usado como exercício, há boas razões para pensar que as estrelas Hawking seriam comuns em aglomerados globulares e galáxias anãs ultrafracas," aponta o professor Matt Caplan, da Universidade Estadual de Illinois. "Isto significa que as estrelas Hawking podem ser uma ferramenta para testar a existência de buracos negros primordiais e o seu possível papel como matéria escura."

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