Física

O que segura uma anã branca sem fusão: a pressão dos elétrons degenerados, e por que a mais massiva é menor

Publicado em 13/10/2026 · Última alteração em 13/10/2026

Assuntos: Estrelas

Uma anã branca é sustentada pela pressão de degenerescência dos elétrons, um efeito quântico ligado ao princípio de exclusão de Pauli: os elétrons não podem ser apertados além de certo ponto, e essa pressão não depende da temperatura. Por isso ela se sustenta sem fusão e, nos modelos mais simples, quanto maior a massa, menor o raio.

Numa estrela comum, a pressão do gás quente equilibra a gravidade, e a fusão repõe a energia que a estrela irradia. Uma anã branca é o núcleo que sobra depois que o combustível acaba, e não tem como se reaquecer. Isso criou um enigma nos anos 1920: um gás comum, ao esfriar, perderia pressão e a estrela encolheria sem parar. A saída veio da mecânica quântica. Elétrons obedecem ao princípio de exclusão de Pauli: no máximo dois (um para cada orientação de spin, uma propriedade quântica) ocupam cada "célula" do espaço de posição e momento. Quando o gás é tão denso que todas as células de baixa energia estão cheias, ele é dito degenerado. Comprimi-lo mais obriga elétrons a ocupar estados de momento maior, e isso é pressão, mesmo a temperatura próxima de zero.

Uma molécula gigante em seu estado fundamental

Em 1926, R. H. Fowler comparou a matéria de uma anã branca a uma única molécula gigante em seu estado quântico de menor energia: a energia que ela guarda não pode ser irradiada, assim como um átomo comum não irradia a sua.

O enigma de Eddington e a resposta de Fowler

Eddington notou que uma estrela de matéria tão densa, sem fonte de energia, parecia ter de ganhar energia para esfriar. Fowler reformulou: a matéria teria menos energia que átomos comuns expandidos no zero absoluto, o que parecia impossível. Em 1926, ele mostrou que, nessas densidades, os elétrons são degenerados e sua energia mínima já é enorme. A anã branca guarda uma energia que não pode ser irradiada, como um átomo no estado fundamental. Segundo Chandrasekhar, o artigo foi o primeiro a usar a estatística de Fermi e a degenerescência na estrutura das estrelas.

Por que mais massa dá menos raio

Mais massa significa mais gravidade, que só é equilibrada por mais pressão. Num gás degenerado a pressão sobe quando os elétrons são forçados a ocupar estados de momento maior, o que acontece ao comprimir o gás. Logo, a estrela mais pesada precisa ser mais comprimida. No modelo não relativístico de Fowler, isso dá raio proporcional a 1/(massa)^(1/3). Por exemplo, dobrar a massa reduz o raio a cerca de 79% (cálculo nosso: 2^(-1/3) ≈ 0,79). É uma relação do modelo simples; perto do limite de massa ela fica mais severa, porque os elétrons passam a ser relativísticos.

Como sabemos que o modelo descreve as estrelas reais

O primeiro teste foi de ordem de grandeza: para uma massa solar, o modelo dá raios e densidades da ordem dos medidos nas anãs brancas conhecidas, segundo Chandrasekhar. Um teste mais moderno é qualitativo: anãs brancas de massa alta, como WD 0525+526 (1,20 massa solar), têm raio de cerca de 0,6 do da Terra, menor que o das típicas de 0,5 massa solar. Ressalva: esse valor usa uma relação massa-raio teórica, então ilustra a relação e não a prova sozinho. Uma comparação independente exigiria medir massa e raio separadamente em muitas estrelas.

Onde o modelo simples deixa de valer

Quanto maior a massa, mais veloz o elétron no centro. Chandrasekhar mostrou que, perto da velocidade da luz, o modelo muda e passa a existir uma massa máxima para configurações degeneradas, com raio tendendo a zero nesse limite idealizado. Esse limite, de cerca de 1,4 massa solar segundo a NASA, é o tema do artigo sobre Chandrasekhar e Eddington. Outro ponto: a degenerescência explica a pressão, não a origem da anã branca. Esta nasce quando uma estrela como o Sol perde o envelope e deixa o núcleo, descrito no artigo sobre nebulosas planetárias.

Como sabemos

O mecanismo e o modelo de Fowler vêm da palestra de Chandrasekhar (leitura integral) e da NASA; o artigo original de Fowler e as medições de raio independentes não foram lidos.

Fontes

  1. Nobel Foundation (Prêmio Nobel de Física 1983) — On Stars, Their Evolution and Their Stability (Nobel Lecture)
    Chandrasekhar, S. · 1983 · Documento institucional · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026
  2. NASA Goddard Space Flight Center — White Dwarf Stars (Imagine the Universe!)
    NASA Goddard Space Flight Center, HEASARC · 2010 · Documento institucional · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026
  3. Royal Society Open Science — Existence of Chandrasekhar's limit in generalized uncertainty white dwarfs
    Mathew, A.; Nandy, M. K. · 2021 · Artigo científico original · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026 DOI 10.1098/rsos.210301
  4. Nature Astronomy — A hot white dwarf merger remnant revealed by an ultraviolet detection of carbon
    Sahu, S. et al. · 2025 · Artigo científico original · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026 DOI 10.1038/s41550-025-02590-y
Histórico de alterações
  • Versão 1 · 13/10/2026 — Primeira versão (produção 1.000, lote 9; conferência de trechos automatizada)

Encontrou um erro? Avise o WikiMundi · Como verificamos