Uma gigante vermelha é uma estrela em seus estágios finais. Ela inchará lentamente, até muitas vezes seu tamanho original

Conceito artístico das estrelas evoluídas conhecidas como gigantes vermelhas, em diferentes distâncias nesta ilustração. Crédito da imagem:  NASA Goddard Space Flight Center / Chris Smith (KBRwyle).

Uma vez no estágio de gigante vermelha, uma estrela pode permanecer assim por até um bilhão de anos. Então, a estrela se contrairá lentamente e se esfriará para se tornar uma anã branca: corpos estelares ultradensos do tamanho da Terra irradiando uma pequena fração de sua energia original. Eventualmente, depois de bilhões de anos, essas estrelas ficarão totalmente frias e não irradiarão energia. Elas acabarão com suas vidas como a chamada anã negra: uma pequena cinza queimada e virtualmente invisível.

Para se tornar uma gigante vermelha, uma estrela em particular deve ter entre a metade da massa do nosso sol e oito vezes a do sol. Os astrônomos chamam essas estrelas de estrelas de massa baixa ou intermediária. Então você pode ver que nosso sol é uma das estrelas que inevitavelmente, algum dia, se tornará uma gigante vermelha.

Portanto, é o destino do nosso sol se tornar uma estrela gigante vermelha (e depois uma anã branca, e depois uma anã negra). Mas quais processos conduzirão a evolução do Sol ao estágio de gigante vermelha? E o que vai acontecer exatamente, dentro da estrela, conforme ela muda? Vamos examinar o destino de estrelas de massa baixa ou intermediária, como o nosso Sol, à medida que evoluem para a fase de gigante vermelha.

Uma das estrelas gigantes vermelhas mais conhecidas é a velha estrela vermelha Betelgeuse. É também a estrela supergigante vermelha mais próxima da Terra. Esta imagem infravermelha de 2013, do observatório espacial Herschel, mostra a estrela e seus arredores enigmáticos. Os múltiplos arcos ao redor da estrela são devidos aos ventos de Betelgeuse colidindo contra o meio interestelar circundante. Eles criam um choque de arco conforme a estrela se move pelo espaço. Crédito da imagem: ESA.

Hidrogênio: o primeiro combustível de uma estrela

As estrelas irradiam energia convertendo hidrogênio em hélio por meio da fusão nuclear. É esse processo que faz com que nosso sol irradie luz, calor e outras formas de energia como subproduto. Mas a fusão nuclear em estrelas requer primeiro hidrogênio. E as estrelas não têm um suprimento infinito de hidrogênio. Nosso sol converte cerca de 600 milhões de toneladas de hidrogênio em hélio a cada segundo. Se isso soar como se o suprimento logo se esgotasse, lembre-se de que o sol é uma estrela com quase um milhão de milhas de diâmetro (1.609.344 Km). E se você tiver problemas para visualizar isso, imagine embarcar em um avião a jato para um voo que vai durar 226 dias. É quanto tempo você levaria para voar ao redor de nossa estrela local.

Na verdade, nosso Sol, como uma estrela média de seu tipo, nasceu com hidrogênio suficiente para durar cerca de 10 bilhões de anos. Os astrônomos estimam que nossa estrela tenha agora cerca de 4,5 bilhões de anos. Portanto, o sol está deixando para trás os dias felizes de sua juventude. E entrar na meia-idade. E, como as pessoas, não demorará muito até que seus processos comecem a mudar e falhar.

Queima de hidrogênio e a sequência principal

Chamamos o estágio atual da vida de nossa estrela de fase de queima de hidrogênio, porque sua fonte de energia é a fusão dos átomos de hidrogênio. Mas queimar é um pouco impróprio. É fusão nuclear, não queima química. As estrelas não queimam no sentido convencional da palavra. Ainda assim, os astrônomos usam o termo queima para descrever o tipo de fusão que ocorre dentro de uma estrela. Portanto, você pode ouvir falar de queima de carbono ou de hélio. Ambos são estágios de fusão nuclear, consumindo elementos diferentes, quando uma estrela se aproxima do fim de sua vida.

Estrelas que queimam principalmente hidrogênio estão no que é conhecido como fase da sequência principal. Como uma estrela da sequência principal, nosso Sol está no que é chamado de equilíbrio estelar. Isso significa que a pressão de radiação para fora das reações de fusão interna do sol equilibra exatamente o impulso da própria gravidade do sol para dentro.

É importante perceber que, quando o sol está na sequência principal, mesmo o consumo de centenas de milhões de toneladas de hidrogênio por segundo não esgota imediatamente o hidrogênio solar. Apenas 0,7% do hidrogênio do nosso sol consumido no processo de fusão será irradiado como energia. O resto é usado para converter os núcleos atômicos de hidrogênio em átomos de hélio. Essa pequena porcentagem de energia tem nos fornecido toda a luz e calor que recebemos do sol nos últimos 4,5 bilhões de anos!

Leia mais sobre este vídeo: Uma sinfonia estelar gigante vermelha de todo o céu

A estrela começa a morrer

Eventualmente, à medida que seus fogos nucleares diminuem, uma estrela começa a se contrair sob sua própria gravidade. Ao mesmo tempo, a estrela está encolhendo, sua temperatura está aumentando. Então a estrela fica mais brilhante.

Em uma estrela que está envelhecendo, essa fase de encolhimento e brilho pode durar vários milhões de anos. O núcleo encolhido, que está esquentando à medida que encolhe sob a gravidade, traz mais hidrogênio para o centro da estrela, no lugar anteriormente ocupado pelo núcleo agora encolhido. Eventualmente, as temperaturas e as pressões são suficientes para inflamar essa camada de hidrogênio ao redor do núcleo: a radiação dessa nova queima da camada de hidrogênio se espalha pela estrela, fazendo com que suas camadas externas se expandam. Existem processos físicos complexos em ação aqui, mas as leis da conservação de energia, em conjunto com a maneira como a gravidade se comporta, significam que, se o núcleo da estrela encolher, o resto da estrela deve se expandir. A estrela começará a evoluir para o que é conhecido como uma estrela subgigante, representando uma fase intermediária entre a sequência principal e o estágio de gigante vermelha.

Tornando-se uma gigante vermelha

A queima da camada de hidrogênio ocorre por meio de processos de fusão muito mais intensos do que quando a estrela estava na sequência principal. O resultado é que a estrela brilha modestamente. Mas as camadas externas da estrela em expansão, agora mais distantes da camada de hidrogênio ao redor do núcleo, esfriam ao mesmo tempo, caindo de um máximo de 6.000 a 30.000 graus para 5.000. Isso também significa que a luz da estrela fica vermelha, da mesma forma que um tiçoeiro de resfriamento removido do fogo esfria do branco ao amarelo e ao vermelho com o passar do tempo.

A fase de queima de hidrogênio pode durar entre algumas centenas de milhões a um bilhão de anos, dependendo da massa inicial da estrela. Para estrelas entre 0,8 e 2 vezes a massa do nosso sol, isso resulta em uma subgigante que tem 10 vezes o diâmetro do nosso sol. Estrelas de massa fora dessa faixa podem então seguir caminhos evolutivos diferentes, mas para uma estrela como o Sol, a próxima fase será um grande aumento no tamanho, um grande aumento no brilho e mais resfriamento. A energia motriz para isso surgirá do núcleo de hélio, entrando em colapso, ficando mais denso até que, no final da fase subgigante, fique quente o suficiente para queimar seu hélio. Isso causa um grande aumento na produção de energia que força a expansão da estrela. Eventualmente, depois de talvez centenas de milhões de anos, a estrela terá cem vezes o diâmetro do Sol e terá uma cor distintamente vermelha.

E assim nasce uma gigante vermelha.

Uma estrela estará na fase de gigante vermelha por cerca de um bilhão de anos. O que acontecerá a seguir dependerá da massa da estrela. Estrelas de grande massa explodirão como supernovas. Estrelas de massa baixa, as intermediárias, como o nosso sol, encolherão lentamente e se resfriarão em estrelas anãs brancas.

Comparação do tamanho do nosso Sol com a menor e maior gigante vermelha para a qual oscilações (starquakes) foram detectadas com o Telescópio Espacial Kepler. Crédito da imagem: Daniel Huber / University of Sydney.

No céu noturno

Podemos olhar para cima e ver várias gigantes vermelhas a olho nu. Aldebaran e Antares são apenas dois exemplos. Mas talvez a mais famosa seja Betelgeuse, na constelação de Orion. É famosa porque chegou às manchetes há pouco tempo, quando de repente começou a escurecer, durante um período que durou vários meses em 2019. Seu brilho caiu mais de 60%, o que significa que estava visivelmente mais escura no céu noturno. Leia mais sobre o escurecimento de Betelgeuse.

Então, o que dizer do nosso sol? Ao longo das próximas centenas de milhões de anos, ele aumentará lentamente em brilho e começará a irradiar mais energia através do espectro eletromagnético, conforme se dirige para sua fase subgigante. Isso é uma má notícia para a Terra. Em cerca de um bilhão de anos, o aumento da radiação de nossa estrela terá esterilizado nosso planeta, extinguindo toda a vida.

Eventualmente, conforme nosso sol completa suas mudanças de uma modesta estrela do tipo G em uma gigante vermelha, ela se expandirá para engolir Mercúrio, Vênus e talvez a Terra também. E isso será o fim do nosso mundo.

O estudo das gigantes vermelhas é complexo, pois existem muitas variáveis e exceções. Pode jogar fora o inesperado, como o escurecimento de Betelgeuse. Mas essas estrelas gigantes estão apenas passando por uma fase natural da vida, envelhecendo e morrendo. Quando nosso Sol, por exemplo, terminar sua vida como uma anã branca, ele terá vivido por dez bilhões de anos. E talvez, quando nossa estrela aumentar de tamanho, ela será estudada por civilizações alienígenas olhando de longe, como estudamos Betelgeuse e os outros gigantes em nossos céus. Eles terão pouca ideia de que, uma vez, um minúsculo ponto azul orbitou aquela estrela, cujos habitantes olharam para as estrelas e se maravilharam também.

Resumindo: o que são gigantes vermelhas? A maioria das estrelas da sequência principal, como nosso sol, se tornará uma. As gigantes vermelhas crescem a um tamanho tão grande que podem engolir seus planetas internos.

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Referência:

BRIGGS, Andy. What Are Red Giants? Earth Sky, 17, set. 2021. Disponível em: <https://earthsky.org/astronomy-essentials/what-are-red-giants-definition/?fbclid=IwAR0OXQRlwwlO_OR329c0PQQTEeVx9FQzzIQC5QcnlCe_E48kUSbJ6-9HGKA>. Acesso em: 28, set. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.