De estrelas feitas de matéria escura a estrelas que literalmente vivem dentro de seus parceiros, esses sistemas estelares são teoricamente possíveis.

Com a ajuda da aniquilação da matéria escura, algumas das primeiras estrelas do universo foram capazes de crescer muito maiores do que seriam de outra forma. Crédito: Astronomy/Roen Kelly after NSF

Todos os dias, nós nos banhamos no brilho de uma gigante bola de gás em chamas que sustenta a vida em nosso planeta. À noite, olhamos para um mar de estrelas, que vêm em uma variedade impressionante de tamanhos, cores e idades. Todos esses objetos brilham graças à mesma fusão nuclear que alimenta nosso próprio sol. Mas eles podem não ser tudo o que o universo tem a oferecer.  

Alguns astrônomos pensam que existam as chamadas "estrelas exóticas" por aí, compostas de outras partículas que não os elétrons, prótons e nêutrons típicos que constituem o nosso Sol e todos os seus primos. E embora essas estrelas exóticas ainda sejam hipotéticas, os cientistas estão começando a encontrar evidências de que algumas delas podem realmente existir. Aqui, compilamos uma lista de quatro das estrelas mais estranhas e exóticas que podem estar flutuando no espaço.

Estrelas de matéria escura

Dois aglomerados de galáxias colidiram para criar o “cluster bala”, mostrado aqui. A matéria normal é mostrada em rosa e o resto da matéria é ilustrado em azul, revelando que a matéria escura domina esse enorme aglomerado. Crédito: X-ray: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.

Estrelas de matéria escura teriam existido antes do nascimento das primeiras estrelas normais. E se elas forem reais, elas ainda podem existir hoje.

Ao contrário do que você pode imaginar com base no nome dessas estrelas teóricas, elas seriam feitas principalmente de matéria normal. Ou seja, hidrogênio e hélio, como nosso próprio sol. No entanto, essas estrelas escuras também teriam quantidades significativas de algo chamado "matéria escura neutra". 

Da mesma forma que os átomos formam a matéria normalmente, os neutralinos são um tipo de partícula hipotética que alguns físicos acham que pode formar a matéria escura. E algumas teorias de supersimetria sugerem que os neutralinos podem até ser WIMPs, ou partículas maciças de interação fraca, que são candidatos comuns à matéria escura. 

Se as teorias estiverem corretas, as partículas de neutralino servem como sua própria antimatéria. Isso significa que, se um dia elas se tocarem, elas se aniquilarão completamente, gerando enormes quantidades de energia e calor. O poder bruto da aniquilação do neutralino permitiria que estrelas de matéria escura continuassem brilhando por bilhões de anos, tudo sem nunca precisar entrar em colapso para dar início à fusão nuclear, que é um pré-requisito para estrelas normais.

Como resultado, as estrelas escuras podem ser gigantes enormes e inchadas, crescendo até dezenas, ou talvez até milhares de unidades astronômicas (UA; a distância média Terra-Sol) de diâmetro. No entanto, apesar de seu tamanho, a falta de fusão e as temperaturas relativamente baixas provavelmente tornariam essas estrelas realmente escuras, possivelmente invisíveis ao olho humano.

No entanto, antes de ficar muito entusiasmado com estrelas feitas de matéria escura, você deve saber que os experimentos em aceleradores de partículas ainda não foram capazes de encontrar nenhuma evidência convincente de neutralinos. E até que isso aconteça, ou até que uma estrela negra surja à vista, essas estrelas fantasmagóricas permanecerão hipotéticas.

Estrelas de bóson

Em 2012, colisões de partículas no Grande Colisor de Hádrons da Europa descobriram o tão procurado bóson de Higgs, que se acredita estar diretamente relacionado com a força da gravidade. Crédito: ThomasMcCauley e Lucas Taylor / CMS Collection / CERN

Neutralinos não são o único tipo de matéria escura que os cientistas sugeriram que poderia formar estrelas. Alguns pesquisadores acreditam que ainda pode haver estrelas de matéria escura feitas de bósons. Partículas de bóson carregam as forças fundamentais, incluindo a força forte, fraca e eletromagnética. Por exemplo, os fótons são bósons que carregam a força eletromagnética. 

Mas alguns cientistas acham que a matéria escura poderia ter seu próprio bóson. Esses bósons escuros podem ser a própria matéria escura ou podem simplesmente causar suas interações com a matéria regular. Bósons de matéria escura também podem ser capazes de se aglutinar em estrelas de matéria escura, embora se comportem de maneira bastante estranha. 

Estrelas comuns como o nosso Sol são feitas de férmions, como prótons, elétrons e nêutrons. Mas as estrelas bóson seriam feitas de bósons, que seguem regras diferentes das que estamos acostumados em nossas experiências do dia a dia. 

Por exemplo, os férmions em estrelas normais se comportam como pessoas. Duas pessoas não podem ocupar o mesmo espaço físico ao mesmo tempo e devem se revezar em um determinado local. Mas os bósons agem mais como ondas na água. E quando as ondas se juntam, elas não empurram umas às outras para fora do caminho. Em vez disso, eles se somam e formam uma onda maior. Em física, isso é chamado de condensado de Bose-Einstein. Uma estrela de bóson escuro seria como um condensado de Bose-Einstein gigante e denso no espaço sideral. E pode se parecer com outro objeto extremamente compacto, um buraco negro. 

Na verdade, um estudo recente publicado na revista Physical Review Letters sugeriu que os cientistas podem já ter testemunhado a colisão de duas estrelas bóson. Em maio de 2019, o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser detectou as ondulações no espaço-tempo causadas pela colisão de dois buracos negros estranhamente grandes. O par tinha cerca de 66 e 85 vezes a massa do nosso Sol, respectivamente, o que é maior do que as teorias atuais sugerem que seria possível com a morte de estrelas massivas.

É possível que cada um desses buracos negros tenha sido produto de fusões anteriores e menores de buracos negros. Mas depois que a equipe testou essa opção em seus modelos, eles perceberam que tal resultado seria indistinguível da colisão de duas estrelas bóson escuro. 

Se descobrirmos que o universo está repleto dessas hipotéticas estrelas do bóson escuro, isso finalmente explicaria o mistério duradouro de por que os cientistas não foram capazes de rastrear a matéria escura. 

Estrelas quark

Crédito: Alison Mackey / Discover

Estrelas de nêutrons são objetos verdadeiramente bizarros comuns em nosso universo. Esses corpos estelares ultradensos são criados quando grandes estrelas explodem. Apenas uma colher de chá de material de estrela de nêutrons pode pesar tanto quanto uma montanha na Terra. 

Mas existe outro tipo de estrela hipotética que poderia fazer até mesmo esses objetos extremos parecerem domesticados. Elas são chamadas de estrelas de quark. Estrelas de quark são objetos teóricos que ficam em algum lugar entre a densidade de uma estrela de nêutrons e um buraco negro. Elas são feitas de quarks, uma partícula elementar que serve como um bloco de construção para a matéria, juntando-se para formar os prótons e nêutrons nos núcleos atômicos. 

Portanto, da mesma forma que as estrelas de nêutrons são feitas quase inteiramente de nêutrons, as estrelas de quark seriam feitas quase inteiramente de quarks. Os pesquisadores sugeriram que essas estrelas estranhas podem ser remanescentes de grandes estrelas de nêutrons cujas partículas foram fundidas durante eras.

Quase 20 anos atrás, a NASA anunciou que as observações feitas com os telescópios espaciais Hubble e Chandra podem ter capturado um par dessas estrelas quark. A primeira estrela de quark potencial, chamada RX J1856.5−3754, fica a apenas 400 anos-luz de distância na constelação Corona Australis. Os astrônomos notaram que a estrela era muito mais quente do que o esperado, com uma temperatura de aproximadamente 1,26 milhões de graus Fahrenheit (700.000 graus Celsius) e um diâmetro de menos de 5 milhas (8 quilômetros). Isso é muito pequeno para caber nas ideias dos astrônomos sobre estrelas de nêutrons, o que levou alguns a sugerir que ela poderia ser uma estrela de quark. Eventualmente, os cientistas perceberam que a estrela está mais longe e, portanto, mais fria e maior do que se pensava originalmente, descartando-a como uma estrela de quark. 

No entanto, o outro candidato a estrela de quark, apelidada de 3C 58, não foi confirmado nem descartado. O comportamento estranho da estrela, como mudanças dramáticas de temperatura, também não está de acordo com as ideias dos astrônomos sobre estrelas de nêutrons padrão. No final das contas, mais pesquisas são necessárias para descobrir se estrelas de quark realmente existam, bem como se já encontramos uma. 

Objetos Thorne-Zytkow

Um objeto Thorne-Zytkow é um tipo teórico de estrela híbrida criada quando uma estrela de nêutrons densa é engolida por uma estrela supergigante vermelha fofa, como visto no conceito deste artista. Crédito: Astronomy magazine

Os objetos Thorne-Zytkow são um tipo verdadeiramente bizarro de estrela binária. Essas estrelas teóricas híbridas abrigam uma estrela de nêutrons dentro de uma estrela gigante inchada, tornando-as essencialmente aninhamento russas estelares enfeitadas.

Acredita-se que elas se formem quando uma estrela gigante vermelha ou supergigante vermelha colide com uma estrela de nêutrons. Embora seja incrivelmente raro, tal colisão pode potencialmente acontecer quando duas estrelas errantes passam muito perto uma da outra; no entanto, seria muito mais provável que ocorresse em um sistema binário fechado. Se uma das estrelas binárias em tal sistema se transformasse em supernova, ela deixaria para trás uma estrela de nêutrons. Essa enorme explosão estelar também pode dar à estrela de nêutrons remanescente um “chute” na direção de sua vizinha gigante, forçando as duas a colidir e se fundir. 

Os físicos Kip Thorne e Anna Zytkow sonharam pela primeira vez com essas estrelas híbridas em 1977, daí seu nome. Mas os objetos de Thorne-Zytkow foram realmente colocados de volta ao centro das atenções em 2014, depois que astrônomos sugeriram que eles finalmente encontraram um em uma estrela chamada HV 2112. No entanto, nos anos desde então, essa descoberta permaneceu controversa.

Portanto, embora seja tão fascinante de se ponderar quanto todas as outras estrelas selvagens desta lista, os objetos de Thorne-Zytkow permanecem puramente hipotéticos. Mas, novamente, os livros de astronomia agora estão repletos de descrições de objetos cósmicos malucos reais que foram considerados ficção científica por muito tempo. Quem pode dizer que outros objetos bizarros vamos descobrir nos próximos anos?

Fonte: Astronomy