Uma supernova gerada por fusão com estrelas de nêutrons

Os astrônomos encontraram a primeira evidência circunstancial de uma supernova desencadeada por uma fusão com uma estrela de nêutrons ou talvez até mesmo um buraco negro.

Esta ilustração mostra uma estrela massiva que está prestes a explodir após a queda de sua companheira estrela morta (um buraco negro ou estrela de nêutrons). Os cientistas acham que depois que o buraco negro ou estrela de nêutrons colidiu com a estrela massiva, o objeto compacto viajou para dentro ao longo dos séculos, ejetando uma espiral de material da atmosfera da estrela. Alimentado pelo material do núcleo, o objeto compacto então lança um par de jatos relativísticos, mostrados aqui fazendo um túnel através da estrela. Depois de se libertar, a estrela irromperá em uma supernova. Após alguns anos, a onda de choque irá quebrar a espiral de gás ejetada, que se estende a cerca de 10.000 vezes o tamanho da estrela, criando um transiente luminoso emissor de rádio.Chuck Carter 

Nem todas as supernovas são iguais. Algumas estrelas implodem repentinamente, enquanto outras explodem após o colapso do núcleo. Existem outros gatilhos conhecidos , mas todos os caminhos de supernova previamente observados têm algo em comum: eles são determinísticos, sua evolução posta em movimento apenas pelas características da estrela. 

Mas a maioria das estrelas massivas tem companheiros. Existem muitos tipos de sistemas binários, incluindo aqueles em que um ou ambos os pares são uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. Eles são chamados de binários compactos e podem formar órbitas estáveis ​​que se degradam lentamente, ao longo de milhões ou mesmo bilhões de anos, antes de finalmente se fundirem. Mas e se aquele encontro fatídico acontecer muito mais rapidamente, ao longo de apenas algumas centenas de anos? 

Às vezes, a interação com gás denso circundante acelera a decadência orbital. Nesse caso, Roger Chevalier (Universidade da Virgínia) teorizou em 2012 que o objeto compacto poderia fazer com que sua estrela vizinha explodisse prematuramente. 

Ao longo de um período de tempo relativamente curto, o objeto compacto faz uma espiral para dentro, sua força gravitacional fazendo com que a estrela expanda suas camadas externas. À medida que gases densos se espalham por uma grande região ao redor da estrela, eles se arrastam na órbita mútua e aceleram a fusão e a subsequente supernova. 

Agora, pela primeira vez, o estudante de graduação Dillon Dong e colegas afirmam ter observado o fenômeno, publicando seus resultados na revista Science de 3 de setembro . 

UMA SUPERNOVA LENTA?

Tudo começou porque Dong estava procurando por bursts de raios gama (GRBs) “órfãos”. A maioria dos GRBs é o resultado de supernovas, quando uma estrela de alta massa forma uma estrela de nêutrons ou um buraco negro e explode. A explosão começa com jatos que fazem um túnel através da estrela, geralmente visíveis apenas se apontados precisamente para a Terra. 

Mas Dong queria encontrar GRBs não apontados diretamente para nós. Isso pode ser feito indiretamente; ao observar a onda de choque de rádio, um GRB cria quando viaja através do gás ao redor de um objeto. Isso é o que Dong inicialmente pensou ter visto em 2017, quando o Very Large Array (VLA) Sky Survey detectou uma explosão repentina de ondas de rádio. Mas havia algo diferente sobre essa explosão de rádio em particular. 

“Foi extremamente luminoso - igual à supernova de rádio mais luminosa já registrada”, explica Dong. Mas observações posteriores usando o telescópio Keck no Havaí mostraram que a onda de choque foi surpreendentemente lenta. “Isso foi muito intrigante.” 

Para que a onda de choque viajasse tão lentamente de um evento tão luminoso, teria que haver uma grande quantidade de material no caminho - muito mais do que poderia ser transportado por ventos estelares antes do colapso. 

E há outra ruga na história - a mais importante e a mais polêmica. 

MISTÉRIO DE RAIOS-X

Por sugestão da colega Anna Ho, Dong examinou algumas explosões não categorizadas catalogadas pelo MAXI, um gerador de imagens de raios-X na Estação Espacial Internacional. “Para minha surpresa”, disse Dong, “encontrei uma explosão incomum de raios-X que, após uma análise cuidadosa, parece estar na hora certa, no lugar certo no céu. Não fui capaz de explicar essa explosão com nenhum modelo conhecido anteriormente. ” 

A equipe foi então confrontada com um verdadeiro mistério. Eles descobriram o que talvez seja a supernova de rádio mais luminosa já observada, cercada por um gás denso e associada à emissão de raios-X de alta energia. Os raios X apontam para a presença de um jato relativístico, que pode ocorrer após eventos de fusão. 

Para explicar todas as observações, a equipe decidiu-se pela hipótese de Chevalier. Esta interpretação dos dados é baseada em suposições sobre quanto material os jatos relativísticos podem ejetar, e quão observável isso pode ser, cuja física não é totalmente compreendida. O resultado também assume que os raios X e as ondas de rádio vêm do mesmo local, o que não é uma garantia porque o MAXI não tem a melhor resolução. 

Não há como mostrar definitivamente que a supernova vem de uma fusão, porque é transitória - o flash de raios X acabou e o brilho do rádio e a luz visível estão diminuindo. 

Chevalier sugere que os astrônomos devem observar mais eventos desse tipo antes que possamos saber exatamente o que estamos olhando. Quando o Observatório Vera C. Rubin, que monitora o céu, ficar online em alguns anos, deverá ajudar a caracterizar eventos raros e incomuns, como supernovas de fusão. 

“Se essas coisas estão lá fora, então o que se deve procurar será a evidência do objeto compacto e energético que impulsiona a supernova”, diz Chevalier. “Pode ser que tudo seja enterrado pela casca e você não veja a estrela de nêutrons ou o buraco negro no centro. Mas, neste caso, parece que eles conseguiram as evidências. ”

Fonte: skyandtelescope.org