Estrelas compactas, também chamadas de objetos compactos, são corpos celestes que possuem uma densidade incrivelmente grande. Os buracos negros são exemplos de objetos compactos, ao lado das estrelas de nêutrons e das anãs brancas. Márcio Avellar, pesquisador do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP, trabalha com esses objetos e fez deles os temas de seu mestrado e doutorado.

Com uma linha de pesquisa mais teórica, Avellar busca nas equações matemáticas a resposta para a formação desses astros e seu comportamento, além de possibilitar um mapeamento da presença deles. Nem sempre esse corpos celestes podem ser observados, já que possuem tamanhos muito pequenos quando comparados com o de outros astros. Porém, a massa dos objetos compactos pode chegar a várias vezes a do Sol. É aí que reside a principal característica desses corpos: sua compacticidade.

Uma estrela anã branca, por exemplo, possui um tamanho próximo ao da Terra, que é considerado um objeto pequeno no espaço. Mas existem objetos compactos ainda menores, como as estrelas de nêutrons, que podem chegar a aproximadamente o tamanho da cidade de São Paulo, com um raio de 10 km. “Isso é absolutamente minúsculo”, afirma Avellar. Os próprios buracos negros, que no imaginário popular são vistos como verdadeiros ralos gigantes do universo, podem ser pequenos também.

Uma estrela compacta tem um tamanho reduzido, mas sua massa é equivalente - ou maior - do que a de corpos celestes muito maiores. Uma estrela de nêutrons pode possuir duas vezes a massa do Sol, e tudo isso compactado dentro de um corpo com raio de apenas 10 km. Nesse estágio de densidade, os átomos da estrela se transformam em outras composições. O carbono, por exemplo, é desmanchado em prótons, nêutrons e elétrons, podendo haver também a presença de moléculas exóticas. Conforme a densidade aumenta, até mesmo os prótons e nêutrons são quebrados, e o resultado disso são os quarks, as partículas fundamentais da matéria. Divididos geralmente em quarks de tipo up e down, a altíssima densidade faz surgir ainda mais um tipo de partícula fundamental, os “quarks estranhos”. A matéria formada pela combinação dessas partículas  específicas é conhecida por quark gluon-plasma, e se supõe que tenha ocorrido apenas nos momentos iniciais do universo. “Você só vê em ambientes específicos”, explica o pesquisador do IAG.

Os aceleradores de partículas, como o europeu Cern, conseguem reproduzir essa matéria por um rápido período, por meio de colisões de altas energias. Entretanto, Avellar afirma que o resultado não é o mesmo do que o encontrado nas estrelas de nêutrons.

As anãs brancas são formadas por carbono, nitrogênio e oxigênio, materiais mais próximos da realidade terrestre, mas com um grau de densidade muito maior do que o encontrado no planeta. Por conter carbono sob alta pressão, as anãs brancas são apelidadas de “estrelas de diamante”, mas o pesquisador explica que o termo não está correto, uma vez que a compacticidade da estrela está além daquela encontrada no mineral. Para se ter uma ideia do quão densos são os objetos compactos, uma estrela normal, como o Sol, apresenta grau de compacticidade igual a 10 elevado a menos 11. enquanto uma anã branca possui um valor de 10 a menos 4 e uma estrela de nêutrons 0,2. Elas são milhares de vezes mais compactas do que as estrelas comuns, o que também significa que possuem uma força de gravitação muito maior.

As estrelas compactas e os buracos negros se originaram a partir de estrelas comuns, formadas por hidrogênio e um pouco de hélio. O tipo de objeto compacto formado a partir dessas estrelas varia conforme a quantidade de massa que elas apresentam. Uma estrela com aproximadamente 8 vezes a massa do Sol produz uma anã branca. Já um corpo estelar que apresenta entre 8 e 25 massas solares se transforma em uma estrela de nêutrons, enquanto estrelas com massa ainda maiores resultam em buracos negros. Essas estrelas muito massivas queimam gradativamente seu combustível nuclear, durante milhões ou bilhões de anos de evolução, até se tornarem objetos compactos.

As pesquisas de Avellar buscam um caminho alternativo para acumular conhecimento sobre esses corpos celestes, pois os conceitos da física nuclear e a observação não conseguem compreendê-los inteiramente e apresentam grandes margens de erro. O grupo de pesquisa do qual ele faz parte atua em conjunto com o Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Para entrar em contato com o pesquisador e conhecer mais sobre as pesquisas, envie um e-mail para mgb.avellar@iag.usp.br.