Telescópios capturam raros momentos iniciais de supernovas bebé

O gráfico ilustra uma curva de luz da recém-descoberta supernova do Tipo Ia, denominada KSN 2011b, pelo telescópio Kepler. A curva de luz mostra o brilho de uma estrela (eixo vertical) em função do tempo (eixo horizontal) antes, durante e depois a explosão. O diagrama branco à direita representa 40 dias de observações contínuas do Kepler. Na caixa vermelha, a região azulada é o "aumento" esperado nos dados caso uma estrela companheira esteja presente durante a supernova. As medições permaneceram constantes (linha amarela), concluindo que a causa seja a fusão de duas estrelas em órbita íntima, muito provavelmente duas anãs brancas. A descoberta fornece as primeiras medições diretas capazes de informar os cientistas acerca da cusa da explosão. Crédito: Ames da NASA/W. Stenzel

Os astrónomos estão intrigados pelas medições de supernovas recém-nascidas obtidas pelo Kepler e pelo Swift, debruçando-se sobre elas na esperança de melhor compreender o que despoleta estas explosões demolidoras. Os cientistas estão particularmente fascinados com as supernovas do Tipo Ia, pois podem servir como um "farol" para medir grandes distâncias através do espaço. As observações inéditas dos pré-eventos de supernovas pelo Kepler e a agilidade do Swift em dar resposta aos eventos motivaram ambos descobertas importantes, ao mesmo tempo mas em comprimentos de onda muito diferentes," afirma Paul Hertz, diretor de astrofísica.

"Não só podemos obter uma imagem sobre o que desencadeia uma supernova do Tipo Ia, mas estes dados permitem-nos melhor calibrar as supernovas do Tipo Ia como 'velas padrão', o que tem implicações para a nossa capacidade de eventualmente compreender os mistérios da energia escura. As supernovas do Tipo Ia explodem com brilho semelhante porque o objeto [que explode] é sempre uma anã branca, o remanescente de uma estrela como o Sol, agora com o tamanho da Terra. Uma anã branca pode explodir como uma supernova ao fundir-se com outra anã branca ou ao puxar demasiada matéria de uma estrela companheira, provocando uma reação termonuclear.

Nos estudos publicados ontem na revista Nature, o Kepler e o Swift encontraram evidências que suportam ambos os cenários estelares explosivos. Os investigadores que estudam os dados do Kepler avistaram três supernovas novas e distantes, e o conjunto de dados inclui medições obtidas antes das violentas explosões. Conhecido pelas suas proezas como caçador de planetas e pelo seu olhar incessante, as observações extraordinariamente precisas e frequentes do telescópio espacial Kepler (a cada 30 minutos) permitiram aos astrónomos voltar o relógio atrás no tempo e dissecar os momentos iniciais de uma supernova. A descoberta fornece as primeiras medições diretas capazes de informar os cientistas acerca da causa da explosão.

"As nossas descobertas de supernovas pelo Kepler favorecem fortemente o cenário de fusão de uma anã branca, enquanto o estudo do Swift, liderado por Cao, prova que as supernovas do Tipo Ia podem também surgir a partir de anãs brancas individuais," explica Robert Olling, investigador associado da Universidade de Maryland e autor principal do estudo. "Assim como muitos caminhos vão dar a Roma, a natureza poderá ter várias formas de fazer explodir anãs brancas. Para capturar os primeiros momentos das explosões Tipo Ia, a equipa de investigação monitorizou 400 galáxias durante dois anos usando o Kepler. A equipa descobriu três eventos, designados KSN 2011b, KSN 2011c e KSN 2012a, com medições obtidas antes, durante e após as explosões.

Os primeiros dados fornecem uma visão sobre os processos físicos que inflamam estas bombas estelares a centenas de milhões de anos-luz de distância. Quando uma estrela transforma-se em supernova, a explosão de energia ejeta o material a velocidades hipersónicas, emitindo uma onda de choque em todas as direções. Se existir uma estrela companheira nas proximidades, a perturbação da onda de choque será gravada nos dados. Os cientistas não encontraram evidências de uma estrela companheira e concluíram que a causa é a colisão e fusão de duas estrelas que orbitam bastante perto uma da outra, muito provavelmente duas anãs brancas.

Esta simulação de computador mostra os detritos de uma supernova do Tipo Ia (castanho) colidindo com a sua companheira estelar (azul) a dezenas de milhões de quilómetros por hora. A interação produz luz ultravioleta que escapa à medida que a concha da supernova envolve a companheira, um sinal detetado pelo Swift.  Crédito: UC Berkeley, Daniel Kasen

O conhecimento da distância de uma galáxia no estudo Kepler foi fundamental para caracterizar o tipo de supernova avistado por Olling e colegas. Para determinar a distância, a equipa voltou-se para os poderosos telescópios dos Observatórios Gemini e W. M. Keck no topo de Mauna Kea, Hawaii. Estas medições foram importantes para os cientistas concluírem que as supernovas que haviam descoberto eram do Tipo Ia. O Kepler deu-nos ainda outra surpresa, desempenhando um papel inesperado na ciência das supernovas, ao fornecer as primeiras boas amostras de curvas de luz do início de uma supernova do Tipo Ia," comenta Steve Howell, cientista do projeto Kepler no Centro de Pesquisa Ames da NASA em Moffett Field, no estado americano da Califórnia. Agora na sua missão K2, o observatório irá procurar mais supernovas entre muitos milhares de galáxias. Um grupo separado de astrónomos também encontrou dados intrigantes sobre uma supernova diferente. Liderados pelo estudante Yi Cao do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia), uma equipa usou o Swift para detetar um flash ultravioleta, sem precedentes, dos primeiros dias de uma supernova do Tipo Ia. Com base em simulações de computador de explosões de supernova em sistemas binários, os investigadores acreditam que o pulso UV foi emitido quando a onda de choque chocou contra e engoliu uma estrela companheira nas proximidades.

"Se o Swift tivesse olhado apenas um dia ou dois depois, teríamos perdido completamente o flash ultravioleta," afirma Brad Cenko, membro da equipa do Swift no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, EUA. "Graças à cobertura de comprimento de onda do Swift e à sua capacidade de programação rápida, é atualmente o único observatório que pode fazer com regularidades estas observações. Segundo a análise, os detritos da supernova colidiram e envolveram a estrela companheira, criando uma região de emissão de raios ultravioleta. O pico da temperatura excedeu os 11.000 graus celsius, cerca de duas vezes a temperatura da superfície do Sol.

A explosão, designada iPTF14atg, foi vista pela primeira vez no dia 3 de maio de 2014, na galáxia IC 831, localizada a cerca de 300 milhões de anos-luz da Terra na direção da constelação de Cabeleira de Berenice. Foi descoberta através de um sistema de observação robótica de campo-largo conhecido como iPTF (intermediate Palomar Transient Factory), uma colaboração de vários institutos liderada pelos Observatórios Óticos do Caltech. Nós não vimos nenhuma evidência dessa explosão em imagens obtidas na noite anterior, por isso quando descobrimos iPTF14atg tinha apenas um dia," comenta Cao. "Melhor ainda, confirmámos que era uma jovem supernova do Tipo Ia, algo que temos trabalhado arduamente para que o nosso sistema encontrasse."

A equipa solicitou imediatamente observações de acompanhamento a outras instalações, incluindo observações ultravioletas e em raios-X pelo satélite Swift da NASA. Não foram encontrados raios-X, mas o Swift descobriu um pico decrescente de radiação ultravioleta alguns dias depois do início da explosão, sem aumento correspondente em comprimentos de onda visíveis. Após o desvanecimento do flash, tanto os comprimentos de onda UV como os visíveis subiram à medida que a supernova crescia de brilho.

O pulso ultravioleta de iPTF14atg fornece fortes evidências da presença de uma estrela companheira mas, tendo em conta que duas anãs brancas em colisão podem também produzir supernovas (como demonstrado pelos resultados do Kepler), os astrónomos estão a trabalhar para determinar a percentagem de supernovas produzidas por cada um dos cenários. Os cientistas acrescentam que uma melhor compreensão das diferenças entre as explosões do Tipo Ia vai ajudar os astrónomos a aperfeiçoar o seu conhecimento da energia escura, uma força misteriosa que parece estar a acelerar a expansão cósmica.

Fonte: Astronomia Online