Cientistas encontraram um novo tipo de explosão espacial, 10 vezes mais energética do que uma supernova

Até recentemente, pensava-se que a fusão de estrelas de nêutrons era a única maneira pela qual elementos pesados (mais pesados ​​que o zinco) poderiam ser produzidos. Essas fusões envolvem o mashup dos restos de duas estrelas massivas em um sistema binário.

Animação de uma hipernova. (NASA / GSFC / Dana Berry)

Mas sabemos que elementos pesados ​​foram produzidos pela primeira vez não muito depois do Big Bang , quando o Universo era realmente jovem. Naquela época, não havia passado tempo suficiente para que as fusões de estrelas de nêutrons ocorressem. Assim, outra fonte foi necessária para explicar a presença dos primeiros elementos pesados ​​na Via Láctea. A descoberta de uma antiga estrela SMSS J2003-1142 no halo da Via Láctea - que é a região quase esférica que cerca a galáxia - está fornecendo a primeira evidência de outra fonte de elementos pesados, incluindo urânio e possivelmente ouro.  Em nossa pesquisa publicada  na Nature , mostramos que os elementos pesados ​​detectados no SMSS J2003-1142 foram provavelmente produzidos, não por uma fusão de estrelas de nêutrons, mas pelo colapso e explosão de uma estrela que gira rapidamente com um forte campo magnético e uma massa de cerca de 25 vezes a do sol. 

Chamamos esse evento de explosão de "hipernova magnetorotacional". 

Alquimia estelar

Recentemente, foi confirmado que as fusões de estrelas de nêutrons são de fato uma fonte de elementos pesados ​​em nossa galáxia. Como o nome sugere, isso ocorre quando duas estrelas de nêutrons em um sistema binário se fundem em um evento energético chamado "kilonova". Este processo produz elementos pesados. 

No entanto, os modelos existentes da evolução química de nossa galáxia indicam que a fusão de estrelas de nêutrons por si só não poderia ter produzido os padrões específicos de elementos que vemos em várias estrelas antigas, incluindo SMSS J2003-1142. 

Uma relíquia do universo primitivo

SMSS J2003-1142 foi observado pela primeira vez em 2016 na Austrália e, em seguida, novamente em setembro de 2019 usando um telescópio no Observatório Europeu do Sul, no Chile. 

A partir dessas observações, estudamos a composição química da estrela. Nossa análise revelou um teor de ferro cerca de 3.000 vezes menor do que o do sol. Em outras palavras, SMSS J2003-1142 é quimicamente primitivo. Os elementos que observamos nele provavelmente foram produzidos por uma única estrela-mãe, logo após o Big Bang. 

Assinaturas de uma estrela em colapso e girando rapidamente

A composição química do SMSS J2003-1142 pode revelar a natureza e as propriedades de sua estrela-mãe. Particularmente importantes são suas quantidades excepcionalmente altas de nitrogênio, zinco e elementos pesados, incluindo európio e urânio. 

Os altos níveis de nitrogênio no SMSS J2003-1142 indicam que a estrela-mãe teve rotação rápida, enquanto os altos níveis de zinco indicam que a energia da explosão foi cerca de dez vezes a de uma supernova "normal" - o que significa que teria sido uma hipernova. Além disso, grandes quantidades de urânio teriam exigido a presença de muitos nêutrons. 

Os elementos pesados ​​que podemos observar no SMSS J2003-1142 hoje são todos evidências de que esta estrela foi produzida como resultado de uma explosão precoce de hipernova magnetorotacional. E nosso trabalho, portanto, forneceu a primeira evidência de que eventos de hipernova magnetorotacional são uma fonte de elementos pesados ​​em nossa galáxia (junto com fusões de estrelas de nêutrons). 

E quanto às fusões de estrelas de nêutrons?

Mas como sabemos que não foram apenas as fusões de estrelas de nêutrons que levaram aos elementos específicos que encontramos no SMSS J2003-1142? Existem algumas razões para isso. 

Em nossa hipótese, uma única estrela-mãe teria feito todos os elementos observados no SMSS J2003-1142. Por outro lado, teria levado muito, muito mais tempo para que os mesmos elementos fossem produzidos apenas por meio da fusão de estrelas de nêutrons. Mas desta vez não teria existido tão cedo na formação da galáxia quando esses elementos foram feitos. 

Além disso, fusões de estrelas de nêutrons produzem apenas elementos pesados, então fontes adicionais, como supernovas regulares, teriam que ocorrer para explicar outros elementos pesados, como cálcio, observados em SMSS J2003-1142. Este cenário, embora possível, é mais complicado e, portanto, menos provável. 

O modelo de hipernovas magnetorrotacionais não apenas fornece um melhor ajuste aos dados, mas também pode explicar a composição do SMSS J2003-1142 por meio de um único evento. Podem ser fusões de estrelas de nêutrons, junto com supernovas magnetorotacionais, que podem explicar em uníssono como todos os elementos pesados ​​da Via Láctea foram criados.A conversa.

Fonte: sciencealert.com