Algumas estrelas deveriam agradecer ao elemento néon por sua morte definitiva e explosiva, de acordo com pesquisas astrofísicas.

Os astrônomos adoram estudar os ciclos de vida das estrelas, incluindo quais estrelas morrem de que maneira. Estrelas menos massivas, como o nosso Sol, se expandem e perdem suas camadas à medida que se transformam em anãs brancas, enquanto estrelas muito maiores explodem em supernovas violentas e seus núcleos se transformam em buracos negros ou estrelas de nêutrons.

Mas muitas questões envolvem o fim de estrelas de tamanho intermediário que têm entre sete e 11 vezes a massa do Sol. Elas perdem suas camadas ou explodem? E se elas se tornarem uma supernova, qual é o produto final? A compreensão dessas estrelas, em parte, depende da compreensão do comportamento do elemento néon.

À medida que morrem, estrelas de massa intermediária queimam seu hidrogênio e o hélio resultante, simulações mostraram que elas poderiam formar núcleos feitos dos elementos oxigênio, néon e magnésio. Essas estrelas podem perder parte de seu envelope externo de hidrogênio e tornar-se estrelas anãs brancas ou, se o núcleo se tornar grande o suficiente, colapsar em uma estrela de nêutrons.

Mas esses núcleos são objetos estranhos, onde a pressão da gravidade esmagadora é compensada pelas regras da mecânica quântica que governam os elétrons. Dois elétrons não podem compartilhar exatamente as mesmas propriedades quânticas, limitando o quanto você pode comprimi-las e exercendo uma “pressão de degeneração” no núcleo. Crucial para a evolução desse processo é a taxa em que os átomos de néon no núcleo capturam elétrons. Esse processo libera energia que pode acionar o oxigênio na estrela, criando uma explosão. Mas quando a liberação de energia e a subsequente explosão acontecem, pode mudar o destino da estrela.

Um artigo recente, liderado por Oliver Kirsebom, da Universidade Dalhousie, no Canadá, estudou o reverso do processo de captura de elétrons de néon, no qual um átomo de flúor cospe um elétron e se torna néon. Eles fizeram isso batendo uma folha de carbono com um feixe de flúor do Laboratório de Aceleração JYFL na Finlândia.

Ao determinar as probabilidades de que o flúor decaísse para o néon, eles poderiam calcular o inverso: com que frequência o néon capturaria um elétron no núcleo oxigênio-neon-magnésio. A taxa que eles calcularam foi muito maior que as medições anteriores, liberando oxigênio enquanto o núcleo estava em uma densidade mais baixa e resultando em uma explosão termonuclear e uma anã branca, em vez de uma estrela de nêutrons.

“O que é notável é que é uma transição nuclear singular e uma transição muito rara que você normalmente negligencia”, disse Kirsebom ao Gizmodo. “Sob as condições específicas dessas estrelas, isso pode ter um efeito profundo na evolução”.

As medidas da equipe foram “um marco na astrofísica nuclear de precisão”, escreveu Carla Frohlich, do Departamento de Física da Universidade Estadual da Carolina do Norte (que não estava envolvida na pesquisa), do ponto de vista da física. Ela escreveu que os resultados concluem uma pesquisa de décadas para medir essa “transição proibida”, um tipo de processo atômico raro na Terra, mas talvez mais comum nos núcleos extremos das estrelas.

Em outro estudo, publicado no Astrophysical Journal e liderado pela pesquisadora de pós-doutorado da Universidade de Estocolmo, Shuai Zha, os cientistas construíram um modelo de computador da morte de uma estrela 8,4 vezes a massa do Sol. A energia liberada pela captura de elétrons causa uma ignição do oxigênio, que queima os outros metais do núcleo e desencadeia uma onda explosiva. O artigo descobriu que o destino se baseava no número de elétrons e no valor de uma densidade crítica, acima da qual o núcleo entra em colapso em uma estrela de nêutrons e abaixo da qual se destrói em uma explosão termonuclear.

As estimativas dos pesquisadores sobre a densidade do núcleo são maiores que a densidade crítica e, portanto, eles pensam que o néon precipita o colapso dos núcleos em estrelas de nêutrons. No entanto, o trabalho deles foi anterior ao de Kirsebom e eles planejam fazer comparações em um próximo artigo.

Kirsebom explicou ao Gizmodo que ainda existem perguntas em aberto sobre essas estrelas. Mais notavelmente, uma grande incerteza envolve a compreensão teórica dos cientistas sobre convecção em núcleos estelares, ou como a matéria em movimento transporta o calor. Há outros processos nucleares difíceis de estudar que provavelmente desempenham um papel também.

“É justo dizer que existem opiniões conflitantes sobre o destino final dessas estrelas e que é necessário um melhor entendimento especialmente da convecção…para progredir”, disse ele ao Gizmodo. Ele espera que melhores laboratórios de aceleração ajudem os cientistas a estudar isótopos e partículas exóticas cada vez mais instáveis. Além disso, estudos astronômicos podem revelar a presença de anãs brancas com elementos mais pesados ​​do que o esperado. Estes podem ser um remanescente físico de um núcleo de oxigênio-néon-magnésio explodindo.