Anãs brancas que colidem com estrelas de neutrões explicam supernovas mais solitárias

Uma equipe de investigação liderada por astrónomos e astrofísicos da Universidade de Warwick descobriu que algumas das supernovas mais solitárias do Universo são provavelmente criadas por colisões de anãs brancas com estrelas de neutrões. O artigo científico foi publicado a semana passada na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. "O nosso trabalho examina as chamadas supernovas transientes 'ricas em cálcio'", afirma o Dr. Joseph Lyman, da Universidade de Warwick. "Estas são explosões luminosas com a duração de semanas. No entanto, não são tão brilhantes nem duram tanto tempo quanto as supernovas tradicionais, o que as torna difíceis de descobrir e estudar em detalhe."

Impressão de artista de um sistema binário compacto entre uma anã branca e uma estrela de neutrões, expelido da sua galáxia hospedeira. Quando estão longe da galáxia, fundem-se para produzir as supernovas mais solitárias do Universo.  Crédito: Mark A. Garlick / space-art.co.uk / Universidade de Warwick

Estudos anteriores haviam mostrado que o cálcio compreendia até metade do material expelido nestas explosões, em comparação com apenas uma pequena fracção em supernovas normais. Isto significa que estes curiosos eventos podem, em verdade, ser os principais produtores de cálcio no nosso Universo. Um dos aspectos mais estranhos é que parecem explodir em locais invulgares. Por exemplo, se observarmos uma galáxia, podemos esperar que as explosões estejam em linha com a luz que vemos da galáxia, já que é aí que as estrelas estão," comenta o Dr. Lyman. "No entanto, uma grande fracção destas explosões ocorrem a grandes distâncias das suas galáxias, onde o número de sistemas estelares é minúsculo.

"O que nós abordamos no artigo é se existem sistemas onde estas transientes explodiram, por exemplo, se podem existir aí galáxias anãs muito ténues, o que explica as posições estranhas. Apresentamos observações, até ao mínimo de brilho de possível, para mostrar que de facto não existe nada no local destes transientes - então a questão torna-se, como é que aí chegaram?"

As transientes ricas em cálcio observadas até ao momento podem ser vistas a dezenas de milhares de parsecs de distância de qualquer potencial galáxia hospedeira, com um-terço destes eventos a pelo menos 65 mil anos-luz da potencial galáxia hospedeira. Os cientistas usaram o VLT (Very Large Telescope) no Chile e observações, pelo Telescópio Espacial Hubble, dos exemplos mais próximos destas transientes ricas em cálcio para tentar detectar qualquer coisa deixada para trás ou na área em redor da explosão.

Estas observações profundas permitiram excluir a presença de galáxias anãs fracas ou enxames globulares nos locais destes exemplos mais fracos. Além disso, uma explicação para o colapso de núcleos das supernovas, que as transientes ricas em cálcio se assemelham, embora mais ténues, é o colapso de uma estrela massiva num sistema binário onde material lhe é retirado. Os cientistas não encontraram evidências de uma companheira binária sobrevivente ou de outras estrelas massivas nas vizinhanças, permitindo-lhes rejeitar estrelas massivas como as progenitoras de transientes ricas em cálcio.

O professor Andrew Levan do Departamento de Física da Universidade de Warwick e investigador do artigo, afirma: "parecia cada vez mais que as estrelas gigantes hipervelozes não seriam capazes de explicar as posições destas supernovas. Têm que ser estrelas de menor massa e mais duradouras, mas ainda numa espécie de sistema binário pois não se conhece nenhuma maneira de uma única estrela de baixa massa alcançar o estágio de supernova por si só, ou criar um evento parecido com uma supernova."

Os investigadores compararam então os seus dados com o que é conhecido como erupções de raios-gama de curta duração (SGRBs, ou "short-duration gamma ray bursts"). Estes são também vistos a explodir em locais remotos sem galáxia coincidente detectada. Sabe-se que os SGRBs ocorrem quando duas estrelas de neutrões colidem, ou quando uma estrela de neutrões funde-se com um buraco negro - isto tem sido apoiado pela detecção de uma "quilonova" que acompanha o SGRB graças ao trabalho liderado pelo professor Nial Tanvir, colaborador deste estudo. Apesar de uma fusão entre uma estrela de neutrões e um buraco negro não explicar estas mais brilhantes transientes ricas em cálcio, a equipa de pesquisa considerou que se a colisão fosse ao invés entre uma anã branca e uma estrela de neutrões, que encaixaria nas suas observações e análises pois:

• Forneceria energia suficiente para gerar o brilho das transientes ricas em cálcio;
• A presença de uma anã branca iria proporcionar um mecanismo para produzir material rico em cálcio;
• A presença de uma estrela de neutrões poderia explicar porque este sistema binário foi descoberto tão longe de uma galáxia hospedeira.

O Dr. Lyman acrescenta: "o que nós propomos é, portanto, que estes sistemas foram expelidos da sua galáxia. Um bom candidato neste cenário é um sistema binário entre uma anã branca e uma estrela de neutrões. A estrela de neutrões é formada quando uma estrela gigantesca entra em supernova. O mecanismo desta explosão de supernova faz com que a estrela de neutrões seja ejectada a velocidades muito altas (centenas de quilómetros por segundo). Este sistema veloz pode então escapar da sua galáxia, e se o sistema binário sobreviver à expulsão, a anã branca e a estrela de neutrões acabam por fundir-se e produzir a explosão transitória."

Os investigadores postulam que tais sistemas em fusão, de anãs brancas e estrelas de neutrões, produzem erupções de raios-gama altamente energéticos, motivando novas observações de quaisquer novos exemplos de supernovas transientes ricas em cálcio para confirmação. Adicionalmente, estes sistemas contribuem com fontes significativas de ondas gravitacionais, potencialmente detectáveis por instrumentos futuros que vão ajudar a saber mais sobre a natureza destes sistemas exóticos.

Fonte: Astronomia Online - Portugal