Ciclo de vida das estrelas

O ciclo de vida das estrelas é iniciado nas nuvens nebulosas com o processo de fusão nuclear. À medida que o hidrogênio se esgota, esse processo vai diminuindo e a estrela começa a morrer. Dependendo da massa da estrela, ao final de sua vida, ela pode se transformar em uma anã branca, uma gigante vermelha ou explodir em uma supernova.

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Resumo sobre o ciclo de vida das estrelas

• O ciclo de vida de uma estrela é iniciado nas nebulosas.
• Dependendo da massa da estrela, ela pode se transformar em anã branca, gigante vermelha ou explodir em uma supernova.
• Com o que sobrou das estrelas após a supernova, pode ser formado um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.
• As estrelas morrem quando o estoque de hidrogênio em seu interior acaba.
• Existem estrelas anãs, gigantes, supergigantes e hipergigantes de diversas cores no Universo.

Como é o ciclo de vida de uma estrela?

O ciclo de vida de uma estrela é iniciado nas nebulosas (nuvens gigantescas compostas principalmente de hidrogênio). Nessas nebulosas, o hidrogênio começa a se juntar e a se concentrar em um ponto de gás bem quente devido à força gravitacional. Caso a massa desse ponto não seja grande o suficiente o processo finaliza, mas, se for grande o suficiente, o gás continua se contraindo e sua temperatura aumentando, até atingir uma temperatura em torno de 10 mil de graus Celsius, quando se inicia o processo de fusão nuclear, em que os átomos de hidrogênio começam a se unir e a se transformar em átomos de hélio.

Durante bilhões de anos, a estrela se mantém em equilíbrio, já que a força gravitacional que tenta comprimi-la está em equilíbrio com a pressão interna devido à reação de fusão nuclear, que tenta expandi-la. Contudo, depois de um tempo, o estoque de hidrogênio da estrela vai acabando, nesse momento, a fusão nuclear vai diminuindo até parar. A temperatura e a pressão interna também diminuem, provocando um desequilíbrio na estrela e permitindo que a força gravitacional continue a comprimi-la sem interferências.

A partir desse momento, dependendo da massa da estrela, ela pode se tornar uma anã branca, uma gigante vermelha ou explodir em uma supernova.

• Anã branca: Para estrelas como o Sol e a maioria das estrelas do Universo, essa contração da estrela continua ocorrendo até o momento em que os elétrons dos átomos na estrela começam a se repulsar e a gerar uma pressão que impede a contração da estrela (princípio de exclusão de Pauli), surgindo uma anã branca.

• Gigante vermelha: Para estrelas de tamanho entre 0,8 e 2 massas solares, essa contração vai comprimindo o núcleo atômico e fazendo com que o hidrogênio de outras regiões dela atinja uma nova região, o que permite a fusão nuclear em hélio. Com isso, acumula-se progressivamente mais hélio no núcleo, aumentando a temperatura no interior da estrela. Quando essa temperatura atinge em torno de 10 milhões de graus Celsius, ocorre a transformação do hélio em carbono, elevando ainda mais a temperatura do núcleo e permitindo que ocorram fusões nucleares mais estáveis do hélio em carbono, oxigênio e diversos outros elementos, transformando a estrela em uma gigante vermelha.

• Supernova: Para estrelas de tamanho de dezenas a milhares de massas solares, o hélio começa a fundir antes do estoque de hidrogênio acabar. Essa contração comprime a estrela até uma temperatura em torno de 100 milhões de graus Celsius. Nessa temperatura, a estrela é capaz de fundir diversos elementos pesados, tais como oxigênio, nitrogênio, carbono e ferro (fase estrela supergigante); contudo, a partir do ferro, a estrela, ao invés de liberar energia, começa a consumir energia para fundir elementos mais pesados que ele. Então, à medida que a estrela vai acumulando ferro em seu interior, ela deixa de ter elementos para manter a fusão nuclear, fazendo com que a força gravitacional volte a comprimir a estrela, colapsando-a rapidamente até que ela exploda, liberando quantidades astronômicas de energia e fazendo surgir uma supernova.

Com o que sobrou da estrela após a supernova, ela pode se tornar um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.

• Buraco negro: Caso a estrela tenha massa suficientemente grande, ela se concentrará em uma pequena região do espaço com densidade praticamente infinita, surgindo um buraco negro.
• Estrela de nêutrons: Caso a estrela não tenha massa suficientemente grande, ela será comprimida a um raio tão minúsculo ao ponto de que a proximidade dos núcleos atômicos fará com que os prótons e elétrons formem nêutrons.

Etapas do ciclo de vida das estrelas

1. Nascimento das estrelas nas nebulosas

2. Morte das estrelas

• Gigante vermelha → nebulosa planetária → anã branca
• Gigante vermelha ou supergigante vermelha → explosão supernova → estrelas com menos massa viram estrelas de nêutrons e estrelas massivas viram buracos negros.

Como as estrelas morrem?

As estrelas morrem quando o estoque de hidrogênio em seu interior se esgota, diminuindo o processo de fusão nuclear, o que reduz a temperatura e a pressão interna na estrela, fazendo com que a força gravitacional a comprima. Dependendo da massa da estrela, ela pode virar uma anã branca, uma gigante vermelha ou explodir em uma supernova.

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Tipos de estrelas

Existem diversos tipos de estrelas no Universo, como as anãs vermelhas, anãs laranjas, anãs amarelas, anãs marrons, anãs brancas, estrelas azuis, estrelas gigantes, estrelas supergigantes, estrelas hipergigantes e estrelas de nêutrons.

• Anã vermelha: As estrelas anãs vermelhas são as mais encontradas no Universo, elas apresentam pequena massa, temperatura relativamente baixa e expectativa de vida longa. Exemplos delas são a Proxima Centauri, a 4,246 anos-luz, e a Estrela de Barnard, a 5,978 anos-luz.
• Anã laranja: As estrelas anãs laranjas apresentam tamanho que está entre o das anãs vermelhas e o das anãs amarelas. Exemplos delas são a Alpha Centauri B, a 4,37 anos-luz, e a Épsilon Indi A, a 11,81 anos-luz.
• Anã amarela: As anãs amarelas são estrelas de meia idade e contam com uma expectativa de vida de bilhões de anos. Exemplos delas são o Sol e a Alpha Centauri A, a 4,364 anos-luz.
• Anã marrom (estrelas falhadas ou estrelas fracassadas): As estrelas anãs conseguem fundir, em vez de hidrogênio, deutério em hélio. Exemplo de anã marrom é a Gliese 229 B, a 18,8 anos-luz.
• Anã branca: As estrelas anãs brancas são extremamente pequenas e densas, já que são o estágio final da evolução estelar. Exemplos de anãs brancas são a Sirius B, a 8,6 anos-luz, e a Estrela de van Maanen, a 14,02 anos-luz.
• Estrelas azuis: As estrelas azuis são estrelas jovens e extremamente quentes, com temperaturas em sua superfície em torno de 30 mil graus Celsius. Exemplos delas são a Régulo, a 77,63 anos-luz, e a Espiga, a 260,9 anos-luz.
• Estrelas gigantes: As estrelas gigantes são estrelas azuis, vermelhas ou amarelas que podem ter de 0,8 a 8 massas solares. Exemplo delas é a estrela gigante amarela Capella, a 42,92 anos-luz
• Estrelas supergigantes: As estrelas supergigantes são estrelas azuis ou vermelhas que podem ter de 8 a 70 massas solares. Exemplos delas são a supergigante vermelha Betelgeuse, a 642,5 anos-luz, e a supergigante azul Rígel, a 864,3 anos-luz.
• Estrelas hipergigantes: As estrelas hipergigantes são estrelas azuis, vermelhas ou amarelas que podem ter de dezenas a centenas de massas solares. Exemplos delas são a hipergigante vermelha RW Cephei, a 11.420 anos-luz, e a hipergigante azul Eta Carinae, a 7502 anos-luz.
• Estrela de nêutrons: As estrelas de nêutrons são estrelas compostas majoritariamente de nêutrons, sendo extremamente densas e compactas, já que se originam do colapso gravitacional de estrelas massivas.

Fontes

Ciência Todo Dia. De poeira estelar a supernovas: o ciclo de vida das estrelas. YouTube, 4 de maio de 2018. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=1wPSGIV84aI.

MACIEL, Walter Junqueira. Introdução à Estrutura e Evolução Estelar. Vol. 24. Edusp, 1999.