A primeira supernova observada pelo satélite TESS

Quando o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA foi lançado para o espaço em abril de 2018, o seu objetivo era específico: procurar novos planetas no Universo.

Mas numa investigação publicada recentemente, uma equipe de astrónomos da Universidade Estatal do Ohio mostrou que o levantamento, apelidado TESS, também pode ser usado para monitorizar um tipo específico de supernova, dando aos cientistas mais pistas sobre o que faz com que as anãs brancas expludam - e sobre os elementos que essas explosões deixam para trás.

"Nós sabemos há anos que estas estrelas explodem, mas temos ideias terríveis do porquê," disse Patrick Vallely, autor principal do estudo e estudante de astronomia da mesma universidade. "A coisa mais importante aqui é que somos capazes de mostrar que esta supernova não é consistente com uma anã branca que retira massa diretamente de uma companheira estelar - o tipo de ideia padrão que levou as pessoas a tentar encontrar assinaturas de hidrogénio em primeiro lugar. Isto porque a curva de luz do TESS não mostra nenhuma evidência de uma companheira, e tendo em conta que as assinaturas do hidrogénio nos espectros SALT não evoluem como os outros elementos, podemos descartar o modelo padrão."

A sua pesquisa, publicada na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, representa as primeiras descobertas publicadas sobre uma supernova observada com o TESS e acrescenta novas informações às teorias de longa data sobre os elementos deixados para trás depois que uma estrela anã branca explode como supernova.

Esses elementos há muito que incomodam os astrónomos.

Os astrónomos pensam que uma anã branca explode num tipo específico de supernova, Tipo Ia, depois de recolher massa de uma estrela companheira próxima e crescer demasiado para permanecer estável. Mas se isso for verdade, então os astrónomos teorizaram que a explosão deixaria para trás traços de hidrogénio, um bloco de construção crucial das estrelas e do Universo inteiro (as anãs brancas, pela sua natureza, já queimaram todo o seu hidrogénio e, portanto, não seriam uma fonte de hidrogénio numa supernova).

Mas até esta observação de uma supernova com o TESS, os astrónomos nunca tinham visto estes traços de hidrogénio no rescaldo da explosão: esta supernova é a primeira do seu tipo em que os astrónomos mediram o hidrogénio. Aquele hidrogénio, relatado pela primeira vez por uma equipa dos Observatórios do Instituto Carnegie para Ciência, poderá mudar a natureza do que os astrónomos sabem sobre as supernovas das anãs brancas.

"A coisa mais interessante sobre esta supernova em particular é o hidrogénio que vimos nos seus espectros (os elementos que a explosão deixa para trás)," disse Vallely. "Há anos que procuramos hidrogénio e hélio nos espectros deste tipo de supernova - esses elementos ajudam-nos a compreender o que provocou a supernova."

O hidrogénio poderia significar que a anã branca consumiu uma estrela próxima. Nesse cenário, a segunda estrela seria uma estrela normal no meio da sua vida útil - não uma segunda anã branca. Mas quando os astrónomos mediram a curva de luz desta supernova, a curva indicava que a segunda estrela era, de facto, uma segunda anã branca. Então, de onde veio o hidrogénio?

O professor de astronomia Kris Stanek - conselheiro de Vallely e coautor do artigo, disse que é possível que o hidrogénio tenha vindo de uma estrela companheira - uma estrela normal - mas ele acha que é mais provável que o hidrogénio tenha vindo de uma terceira estrela que estava perto da explosão da anã branca e que foi consumida na supernova por acaso.

"Seria de pensar que, dado que vemos este hidrogénio, isso significa que a anã branca consumiu uma segunda estrela e explodiu, mas, com base na curva de luz que vimos desta supernova, isso pode não ser verdade," disse Stanek.

"Com base na curva de luz, o evento mais provável, pensamos, é que o hidrogénio pode estar a vir de uma terceira estrela no sistema," acrescentou Stanek. "Portanto, o cenário predominante, pelo menos aqui na Universidade, é que o modo de fabricar uma supernova do Tipo Ia é ter duas estrelas anãs brancas em interação - até mesmo colidindo. Mas também ter uma terceira estrela que fornece o hidrogénio."

A equipe de investigação, Vallely, Stanek e uma equipa de astrónomos de todo o mundo, combinou dados do TESS com dados do ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae). O ASAS-SN é liderado pela mesma instituição de ensino e é composto por pequenos telescópios espalhados pelo planeta que vigiam o céu em busca de supernovas em galáxias distantes.

O TESS, em comparação, foi construído para procurar planetas próximos na nossa Galáxia - e para fornecer dados muito mais depressa do que os telescópios espaciais anteriores. Isso significa que a equipa da Universidade do Ohio foi capaz de usar os dados do TESS para ver o que estava a acontecer em torno da supernova nos primeiros momentos depois de ter explodido - uma oportunidade sem precedentes.

A equipa combinou dados do TESS e do ASAS-SN com dados do SALT (South African Large Telescope) para avaliar os elementos deixados no rescaldo da explosão de supernova. Eles encontraram tanto hidrogénio quanto hélio, dois indicadores que a estrela que explodiu consumiu, de alguma forma, uma estrela companheira próxima.

"O que é realmente interessante sobre estes resultados é que, quando combinamos os dados, podemos aprender coisas novas," disse Stanek. "E esta supernova é o primeiro caso interessante desta sinergia."

A supernova que esta equipe observou foi do Tipo Ia, um tipo de supernova que pode ocorrer quando duas estrelas se orbitam uma à outra - o que os astrónomos chamam de sistema binário. Nalguns casos de uma supernova do Tipo Ia, uma dessas estrelas é uma anã branca.

Uma anã branca queimou todo o seu combustível nuclear, deixando para trás apenas um núcleo muito quente (a temperatura de uma anã branca excede 100.000 K). A menos que a estrela cresça roubando energia e matéria de uma estrela próxima, a anã branca passa os próximos mil milhões de anos a arrefecer antes de se transformar num pedaço de carbono negro.

Ma se a anã branca e outra estrela estiverem num sistema binário, a anã branca lentamente recebe massa da outra estrela até que, eventualmente, a anã branca explode como supernova.

As supernovas do Tipo Ia são importantes para a ciência espacial - ajudam os astrónomos a medir distâncias no espaço e ajudam a calcular a rapidez com que o Universo está a expandir-se (uma descoberta tão importante que ganhou o Prémio Nobel da Física em 2011).

"Este é o tipo mais famoso de supernova - levou à descoberta da energia escura na década de 1990," disse Vallely. "São responsáveis pela existência de tantos elementos no Universo. Mas nós não entendemos muito bem a física por trás delas. E é por isso que gosto tanto da combinação do TESS com o ASAS-SN; podemos construir estes dados e usá-los para descobrir um pouco mais sobre estas supernovas."

Os cientistas, em geral, concordam que a estrela companheira leva à supernova de uma anã branca, mas o mecanismo dessa explosão, e a composição da estrela companheira, são pouco conhecidos.

Esta descoberta, disse Stanek, fornece algumas evidências de que a estrela companheira neste tipo de supernova é provavelmente outra anã branca.

"Estamos a ver algo novo nestes dados, e isso ajuda à nossa compreensão do fenómeno das supernovas do Tipo Ia," acrescentou. "E podemos explicar isto em termos dos cenários que já temos - precisamos apenas que a terceira estrela, neste caso, seja a fonte do hidrogénio."

Fonte: ccvalg.pt