Descoberta de novo tipo de supernova esclarece mistério medieval

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/06/2021

A supernova 2018 zd aparece marcada com um círculo branco, na periferia da galáxia NGC 2146.
[Imagem: Joseph Depasquale/STScI]

Tipos de supernovas

Uma equipe internacional de astrônomos observou o primeiro exemplar de um novo tipo de supernova, a explosão final que marca a morte de uma estrela.

A descoberta, confirmando uma previsão teórica feita há quatro décadas, pode levar a novos insights sobre a vida e a morte das estrelas.

Historicamente, as supernovas se dividem em dois tipos principais: explosão por colapso termonuclear e explosão por colapso do núcleo de ferro.

Uma supernova termonuclear é a explosão de uma estrela anã branca após ganhar matéria em um sistema estelar binário. Essas anãs brancas são os núcleos densos que restam depois que uma estrela de massa relativamente baixa - cerca de 8 vezes a massa do Sol - atinge o fim de sua vida.

Uma supernova com colapso do núcleo de ferro ocorre quando uma estrela massiva - uma com mais de 10 vezes a massa do Sol - fica sem combustível nuclear e seu núcleo de ferro colapsa, criando um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.

Supernova de captura de elétrons

Em 1980, Kenichi Nomoto, da Universidade de Tóquio, previu um terceiro tipo, chamado supernova de captura de elétrons. Essas estrelas não conseguiriam mais manter a fusão nuclear quando seus núcleos são feitos de oxigênio, neônio e magnésio - elas não seriam massivas o suficiente para criar ferro.

A gravidade está sempre tentando esmagar uma estrela, mas o que impede a maioria delas de entrar em colapso é justamente a fusão nuclear contínua ou, em núcleos onde a fusão parou, o fato de a gravidade não ser suficiente para compactar ainda mais os átomos.

Em uma supernova de captura de elétrons, alguns dos elétrons no núcleo estelar de oxigênio-neônio-magnésio são esmagados em seus núcleos atômicos em um processo chamado "captura de elétrons". Essa remoção de elétrons faz com que o núcleo da estrela se curve sob seu próprio peso e entre em colapso, criando então a supernova de captura de elétrons.

A teoria de Nomoto dava dicas importantes sobre o que procurar: Por exemplo, a estrela que dá origem à supernova de captura de elétrons deve ter um brilho fraco, ter pouco decaimento radioativo e ter elementos ricos em nêutrons no núcleo. É uma composição química bastante incomum e, por decorrência, a estrela deve gerar um espectro de emissão também bastante raro.

E é este espectro que os astrônomos vêm procurando desde então.

Impressões artísticas de uma estrela superassintótica e seu núcleo composto de oxigênio, neônio e magnésio. Este é o estado final de estrelas com cerca de 8 a 10 massas solares. Quando o núcleo se torna denso o suficiente, o neônio e o magnésio começam a consumir elétrons, reduzindo a pressão do núcleo e fazendo-o colapsar, gerando a explosão final da estrela.
[Imagem: S. Wilkinson/Las Cumbres Observatory]

Confirmação

A supernova 2018zd foi detectada em março de 2018, cerca de três horas após a explosão. Imagens de arquivo dos telescópios espaciais Hubble e Spitzer mostraram que lá havia um objeto tênue, que provavelmente era a estrela original antes da explosão.

Por sorte, a supernova está relativamente perto da Terra, a uma distância de cerca de 31 milhões de anos-luz, na galáxia NGC2146. Usando dezenas de telescópios, os astrônomos então coletaram informações sobre a supernova durante dois anos, com os dados mostrando que a SN 2018zd tinha muitas características incomuns, algumas das quais vistas pela primeira vez.

"Os espectros do Keck [telescópio instalado no Monte Mauna Kea, no Havaí] que observamos confirmam claramente que a SN 2018zd é nosso melhor candidato a ser uma supernova de captura de elétrons," destacou Stefano Valenti, da Universidade da Califórnia em Davis.

Este é o estado atual da Nebulosa do Caranguejo, uma explosão que iluminou os céus durante dias na Idade Média.
[Imagem: NASA-ESA-NRAO/AUI/NSF-G. Dubner]

Mistério da supernova medieval

Esta descoberta também ilumina um dos mistérios mais famosos da astronomia, uma supernova que brilhou aqui mesmo na Via Láctea, no ano de 1054.

De acordo com registros chineses e japoneses, a "estrela" era tão brilhante que pode ser vista durante o dia por 23 dias e à noite por quase dois anos.

O remanescente resultante, a Nebulosa do Caranguejo, tem sido estudada detalhadamente, já tendo sido apontada anteriormente como a melhor candidata para uma supernova de captura de elétrons. Mas seu status permanecia incerto em parte porque a explosão aconteceu há quase mil anos.

O novo resultado aumenta a confiança de que a histórica SN 1054 tenha sido mesmo uma supernova de captura de elétrons.

Os dados também explicam por que essa supernova medieval era tão brilhante em comparação com o que é previsto pelos modelos: Sua luminosidade foi provavelmente ampliada pelo material ejetado da supernova colidindo com o material lançado pela estrela progenitora, como foi se viu agora acontecer na SN 2018zd.

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