Casulos em torno de estrelas moribundas podem explicar novo tipo de explosões estelares

 Um tipo de explosão estelar recentemente descoberto pode se encaixar bem entre supernovas e explosões de raios gama.

Casulos cercam os jatos que escapam de uma estrela moribunda nesta ilustração. Ore Gottlieb / Northwestern University

Menos de quatro anos depois que os astrônomos descobriram pela primeira vez um tipo novo e intrigante de explosões estelares, eles podem ter resolvido o enigma da verdadeira natureza dos objetos. De acordo com Ore Gottlieb (Northwestern University) e colegas, os transientes ópticos azuis rápidos (FBOTs) são estrelas explosivas mais ou menos intermediárias entre supernovas regulares e longas explosões de raios gama. O mistério surgiu pela primeira vez em junho de 2018, quando um telescópio robótico captou uma explosão repentina no braço espiral de uma galáxia remota. Catalogado como AT2018cow (e apelidado de “The Cow”), o flash foi mais breve e cerca de 10 vezes mais luminoso do que a supernova média. Observações espectroscópicas revelaram a presença de grandes quantidades de hidrogênio e hélio, bem como velocidades de saída a 10% da velocidade da luz. 

Enquanto sua emissão de luz visível desapareceu rapidamente, The Cow produziu ondas de rádio e raios X em estágios posteriores de seu desempenho cósmico. Um punhado de FBOTs semelhantes foram observados desde , e teóricos criativos surgiram com uma ampla variedade de explicações possíveis, incluindo a colisão de duas estrelas anãs brancas; a fusão de uma estrela gigante e uma estrela de nêutrons compacta; e um evento de ruptura de maré , no qual uma estrela é devorada por um buraco negro de massa intermediária. 

Enquanto isso, observações de acompanhamento de The Cow pelo telescópio de raios-X NICER sugeriram a presença de uma estrela de nêutrons remanescente ou um buraco negro , sugerindo uma possível ligação com supernovas ou explosões de raios gama (GRBs), as explosões de massivos estrelas. Os teóricos propuseram modelos semelhantes, mas nenhum havia explicado todas as observações. 

Gottlieb, juntamente com Alexander Tchekhovskoy (também da Northwestern) e Raffaella Margutti (Universidade da Califórnia, Berkeley), agora descrevem um cenário detalhado que pode “explicar naturalmente todo o conjunto de observáveis ​​do FBOT”, como escrevem nos Avisos Mensais de 11 de abril de a Royal Astronomical Society ( pré-impressão gratuita disponível ). 

“É um belo modelo”, comenta o astrofísico Ralph Wijers (Universidade de Amsterdã). 

Supernovas regulares são mais ou menos esfericamente simétricas. A energia liberada pela estrela em colapso é distribuída por uma enorme quantidade de material estelar, moderando a explosão. Se, por outro lado, a estrela progenitora é massiva, girando rapidamente e perdeu a maior parte de seu manto de hidrogênio e hélio, o colapso lança dois jatos no espaço interestelar. Lançados em direções opostas ao longo do eixo de rotação da estrela, esses jatos produzem os fogos de artifício de energia extremamente alta de uma longa GRB. 

De acordo com Gottlieb, Tchekhovskoy e Margutti, os FBOTs preenchem a lacuna entre esses dois cenários explosivos. Nos FBOTs, o núcleo em colapso do progenitor está girando rápido o suficiente para produzir jatos, assim como nos GRBs. Mas, por alguma razão, a estrela reteve seu enorme envelope de hidrogênio e hélio, que “sufoca” os jatos de modo que é improvável que eles penetrem até a superfície da estrela. Em vez disso, dois casulos maciços de gás estelar se acumulam ao redor das cabeças dos jatos; esses casulos são eventualmente lançados no espaço a cerca de 10% da velocidade da luz. 

O surgimento repentino dos casulos movidos a jato e seu resfriamento subsequente explica perfeitamente as rápidas mudanças que os astrônomos veem na luz visível dos FBOTs, argumentam os autores. Sua interação com o material circunstelar circundante produz ondas de rádio. E quando os detritos da estrela explodindo se expandem o suficiente, os raios-X do remanescente central (uma estrela de nêutrons ou um buraco negro) podem vazar para o espaço. “Nosso modelo é capaz de traçar uma linha entre supernovas, GRBs e FBOTs, o que acho muito elegante”, disse Gottlieb em comunicado à imprensa. 

Wijers é um dos teóricos que acreditava desde o início que os FBOTs “poderiam muito bem preencher parte da lacuna” entre as supernovas regulares e as explosões de raios gama. “Mas isso foi uma espécie de argumento de mão acenando”, diz ele. “Este novo artigo é uma base teórica sólida, tanto analítica quanto por meio de simulações de computador, que realmente mostra que pode funcionar.” 

Então, novamente, ele aponta que há mais trabalho a fazer: embora o novo modelo preveja o rápido desvanecimento da luz visível da Vaca, ele não o faz na mesma medida que foi observado. Futuras observações de FBOTs adicionais, muitos dos quais devem ser encontrados pelo próximo Observatório Vera C. Rubin, contribuirão para uma compreensão ainda melhor dessas raras bestas explosivas.

Fonte: skyandtelescope.org