Anãs brancas são os núcleos escuros e desbotados do tamanho da Terra de estrelas mortas que são deixadas para trás depois que estrelas de tamanho médio exaurem seu combustível e eliminam suas camadas externas. Nosso sol um dia se tornará uma anã branca, assim como mais de 90% das estrelas em nossa galáxia.
Pesquisas anteriores descobriram que as anãs brancas podem morrer em explosões nucleares conhecidas como supernovas do tipo Ia. Muito permanece desconhecido sobre o que desencadeia essas explosões, mas trabalhos anteriores sugeriram que elas podem acontecer quando uma anã branca adquire combustível extra de um companheiro binário, talvez devido a uma colisão. (Em contraste, as supernovas do tipo II ocorrem quando uma única estrela morre e colapsa sobre si mesma).
Agora, os pesquisadores sugeriram uma nova maneira pela qual as supernovas do tipo Ia podem acontecer – uma anã branca pode detonar como uma arma nuclear.
À medida que uma anã branca esfria, o urânio e outros elementos radioativos pesados conhecidos como actinídeos se cristalizam em seu núcleo. Ocasionalmente, os átomos desses elementos sofrem fissão nuclear espontaneamente, dividindo-se em fragmentos menores. Esses casos de decaimento radioativo podem liberar energia e partículas subatômicas, como nêutrons, que podem quebrar átomos próximos.
Se a quantidade de actinídeos dentro do núcleo de uma anã branca exceder uma massa crítica, ela pode desencadear uma reação em cadeia de fissão nuclear explosiva e descontrolada. Essa explosão pode então desencadear a fusão nuclear, com núcleos de átomos se fundindo para gerar grandes quantidades de energia. De forma semelhante, uma bomba de hidrogênio usa uma reação em cadeia de fissão nuclear para detonar uma explosão de fusão nuclear.
Os cálculos do novo estudo e simulações de computador descobriram que uma massa crítica de urânio pode de fato se cristalizar a partir da mistura de elementos normalmente encontrada em uma anã branca em resfriamento. Se este urânio explodir devido a uma reação em cadeia de fissão nuclear, os cientistas descobriram que o calor e a pressão resultantes no núcleo da anã branca poderiam ser altos o suficiente para desencadear a fusão de elementos mais leves, como carbono e oxigênio, resultando em uma supernova.
“As condições para construir e detonar uma bomba atômica pareciam muito difíceis – fiquei surpreso que essas condições pudessem ser satisfeitas de maneira natural dentro de uma anã branca muito densa”, disse o co-autor do estudo Charles Horowitz, astrofísico nuclear da Universidade de Indiana, disse à Space.com. “Se for verdade, isso fornece uma maneira muito nova de pensar sobre as supernovas termonucleares e talvez outras explosões astrofísicas.”
Então, quantas supernovas do tipo Ia esse novo mecanismo pode ajudar a explicar? “Talvez cerca de metade”, disse Horowitz.
Especificamente, essas novas descobertas podem explicar as supernovas do tipo Ia que acontecem dentro de um bilhão de anos após a formação de uma anã branca, já que seu urânio ainda não decaiu totalmente radioativamente. Quando se trata de anãs brancas mais velhas, as supernovas do tipo Ia podem acontecer por meio da fusão de duas anãs brancas, disse Horowitz.
Pesquisas futuras podem incluir simulações de computador para determinar se as reações em cadeia de fissão em anãs brancas podem desencadear a fusão e como isso acontece. “Há muitos processos físicos diferentes acontecendo durante a explosão e, portanto, há muitas incertezas possíveis”, disse Horowitz. Esse trabalho também pode revelar maneiras de detectar se alguma supernovas tipo Ia ocorreu ou não devido a esse mecanismo recém-descoberto.
Horowitz e o co-autor do estudo Matt Caplan, físico teórico da Universidade Estadual de Illinois, detalharam suas descobertas on-line em 29 de março na revista Physical Review Letters.
Publicado em 17/04/2021 00h18
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