Encontrando pistas nas ruínas de uma antiga estrela morta com o Chandra da NASA

As pessoas geralmente pensam sobre arqueologia acontecendo nas profundezas das selvas ou dentro de pirâmides antigas. No entanto, uma equipe de astrônomos mostrou que eles podem usar estrelas e os restos que elas deixam para trás para conduzir um tipo especial de arqueologia no espaço. 

Raio X: NASA/CXC/Technion/N. Keshet et al.; Ilustração: NASA/CXC/SAO/M. Weiss

Minerando dados do Observatório de Raios X Chandra da NASA, a equipe de astrônomos estudou as relíquias que uma estrela deixou para trás após explodir. Essa “arqueologia de supernova” revelou pistas importantes sobre uma estrela que se autodestruiu – provavelmente há mais de um milhão de anos.

Hoje, o sistema chamado GRO J1655-40 contém um buraco negro com quase sete vezes a massa do Sol e uma estrela com cerca de metade dessa massa. No entanto, nem sempre foi assim.

Originalmente, GRO J1655-40 tinha duas estrelas brilhantes. A mais massiva das duas estrelas, no entanto, queimou todo o seu combustível nuclear e então explodiu no que os astrônomos chamam de supernova. Os detritos da estrela destruída então choveram sobre a estrela companheira em órbita ao redor dela, como mostrado no conceito do artista.

Com suas camadas externas expelidas, incluindo algumas atingindo sua vizinha, o resto da estrela explodida entrou em colapso sobre si mesma e formou o buraco negro que existe hoje. A separação entre o buraco negro e sua companheira teria diminuído ao longo do tempo devido à energia perdida do sistema, principalmente pela produção de ondas gravitacionais. Quando a separação se tornou pequena o suficiente, o buraco negro, com sua forte atração gravitacional, começou a puxar matéria de sua companheira, arrancando de volta parte do material que sua estrela-mãe explodida depositou originalmente.

Esta impressão artística mostra os efeitos do colapso e da explosão de supernova de uma estrela massiva. Um buraco negro (direita) foi formado no colapso e os detritos da explosão de supernova estão chovendo sobre uma estrela companheira (esquerda), poluindo sua atmosfera. CXC/SAO/M. Weiss

Enquanto a maior parte desse material afundou no buraco negro, uma pequena quantidade dele caiu em um disco que orbita ao redor do buraco negro. Através dos efeitos de poderosos campos magnéticos e fricção no disco, o material está sendo enviado para o espaço interestelar na forma de ventos poderosos.

É aqui que a caça arqueológica de raios X entra na história. Astrônomos usaram o Chandra para observar o sistema GRO J1655-40 em 2005, quando ele estava particularmente brilhante em raios X. O Chandra detectou assinaturas de elementos individuais encontrados nos ventos do buraco negro obtendo espectros detalhados – dando brilho de raios X em diferentes comprimentos de onda – embutidos na luz de raios X. Alguns desses elementos são destacados no espectro mostrado no encarte.

A equipe de astrônomos que vasculhava os dados do Chandra conseguiu reconstruir as principais características físicas da estrela que explodiu a partir das pistas impressas na luz de raios X, comparando os espectros com modelos de computador de estrelas que explodem como supernovas. Eles descobriram que, com base nas quantidades de 18 elementos diferentes no vento, a estrela extinta destruída na supernova tinha cerca de 25 vezes a massa do Sol e era muito mais rica em elementos mais pesados ​​que o hélio em comparação com o Sol.

Esta análise abre caminho para mais estudos de arqueologia de supernovas usando outras explosões de sistemas estelares duplos.

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