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Discos de acreção dos buracos negros podem ser "fábricas" de ouro e prata

·3 min de leitura

A formação do ouro, prata, tório e urânio no universo precisa de processos muito energéticos, como a fusão entre estrelas de nêutrons ou entre uma estrela de nêutrons e um buraco negro. Mas deve haver outros meios que os astrônomos ainda desconheciam, pois a grande quantidade de ouro existente ainda é um mistério. Agora, um novo estudo mostra que discos de acreção dos buracos negros podem ser grandes produtores de elementos pesados.

Quando um buraco negro está se alimentando, ou se ele nasceu da colisão entre duas estrelas de nêutrons seguida de um colapso, um disco de matéria acequiada e acelerada gira em torno do horizonte de eventos antes de ser “engolida” — o disco de acreção. Essa matéria está em velocidade e temperatura tão altas que se transforma em plasma e emite radiação em comprimentos de onda de raios-X.

Nesse processo turbulento, também há uma produção elevada de neutrinos, que “facilitam”, por assim dizer, a conversão de prótons e nêutrons. Como resultado, há um excesso desta última categoria de partículas — justamente o fator que faz das estrelas de nêutrons grandes “fábricas” de elementos pesados. Essas foram as descobertas de um novo estudo publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Usando simulações de computador, a equipe do GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Alemanha, junto de colegas da Bélgica e do Japão, mostrou que a formação de elementos pesados da tabela periódica realmente pode ocorrer em alguns buracos negros — mas nem todos. O fator decisivo é, de acordo com a pesquisa, a massa do disco de acreção.

A "anatomia" de um buraco negro, com a luz do disco de acreção distorcida pela gravidade do objeto (Imagem: Reprodução/NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman)
A "anatomia" de um buraco negro, com a luz do disco de acreção distorcida pela gravidade do objeto (Imagem: Reprodução/NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman)

Quanto mais massivo o disco, mais nêutrons serão formados a partir de prótons por meio da captura de elétrons e sob emissão de neutrinos. Assim, haverá mais “matéria prima” para a captura rápida de nêutrons, ou processo-R. No entanto, se a massa do disco for muito alta, mais neutrinos são recapturados pelos nêutrons antes de saírem do disco, levando esses nêutrons a serem convertidos de volta em prótons.

Assim, os cientistas determinaram pelas simulações que a massa ideal do disco para a produção de elementos pesados ​​é de 0,01 a 0,1 massas solares, aproximadamente. Isso representa 1% e 10% da massa do Sol. O resultado fornece boas pistas de que fusões de estrelas de nêutrons, que também podem produzir discos de acreção com essas massas, podem ser uma fonte para uma grande fração dos elementos pesados do universo, embora ainda não se saiba com qual frequência tais discos de acreção ocorrem em sistemas desse tipo.

O próximo passo será determinar como a luz emitida pela colisão de uma estrela de nêutrons pode ser usada para calcular a massa de seu disco de acreção. “A interação bem coordenada de modelos teóricos, experimentos e observações astronômicas permitirá aos pesquisadores testarem nos próximos anos as fusões de estrelas de nêutrons como a origem dos elementos do processo r”, disse Andreas Bauswein, do GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research.

Fonte: Canaltech

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