Supernova revela seus segredos para equipe de astrônomos

 A supernova conhecida como SN 2014C teve lugar há oito anos - mas os cientistas ainda estão a observar e a aprender com as suas consequências. A explosão, muito pouco visível, é mostrada no círculo vermelho.Crédito: SDSS (Sloan Digital Sky Survey)

Uma equipe internacional de astrónomos liderada por Benjamin Thomas da Universidade do Texas em Austin utilizou observações do HET (Hobby-Eberly Telescope) no Observatório McDonald da mesma universidade para desvendar um mistério intrigante sobre uma explosão estelar descoberta há vários anos e que ainda está a evoluir. Os resultados, publicados na revista The Astrophysical Journal, vão ajudar os astrónomos a compreender melhor o processo de como as estrelas massivas vivem e morrem. 

Quando uma explosão estelar é detetada pela primeira vez, os astrónomos de todo o mundo começam a segui-la com telescópios à medida que a luz que emite muda rapidamente ao longo do tempo. Eles veem a luz de uma supernova ficar mais brilhante, eventualmente com o seu pico, e depois começa a escurecer. Ao observar os tempos destes picos e vales no brilho da luz, chamado "curva de luz", bem como os comprimentos de onda característicos da luz emitida em diferentes momentos, podem deduzir as características físicas do sistema. 

"Penso que o que é realmente interessante neste tipo de ciência é que estamos a olhar para a emissão que vem da matéria que foi lançada do sistema progenitor antes de explodir como uma supernova," disse Thomas. "E assim isto torna-se numa espécie de máquina do tempo." 

Este esquema mostra os vários ejecta e ventos (vermelho e roxo) emitidos pela explosão da estrela (esquerda, amarelo). O disco de envelope comum (azul) envolve ambas as estrelas, a que explode como uma supernova e sua parceira binária (não mostrada). A camada limite ao redor do disco de envelope comum é a fonte do hidrogênio que a equipe detectou. Crédito: B. Thomas et al./UT Austin

No caso da supernova 2014C, a progenitora era uma estrela binária, um sistema em que duas estrelas se orbitavam uma à outra. A estrela mais massiva evoluiu mais rapidamente, expandiu-se e perdeu o seu manto exterior de hidrogénio para a estrela companheira. O núcleo interno da primeira estrela continuou a queimar elementos químicos mais leves em elementos mais pesados, até ficar sem combustível. Quando isso aconteceu, a pressão externa do núcleo, que tinha aguentado a grande massa da estrela, caiu. O núcleo da estrela entrou em colapso, provocando uma explosão gigantesca. 

Isto produz um tipo de supernova que os astrónomos chamam de "Tipo Ib". Em particular, as supernovas do Tipo Ib caracterizam-se por não apresentarem qualquer hidrogénio no seu material ejetado, pelo menos no início. 

Thomas e a sua equipe têm seguido SN 2014C com telescópios no Observatório McDonald desde a sua descoberta nesse ano. Muitas outras equipas de todo o mundo também a estudaram com telescópios no solo e no espaço, e em diferentes tipos de luz, incluindo ondas de rádio com o VLA (Very Large Array), no infravermelho e em raios-X pelo Observatório de raios-X Chandra. 

Mas os estudos de SN 2014C de todos os vários telescópios não se traduziram numa imagem coesa de como os astrónomos pensavam que uma supernova de Tipo Ib se deveria comportar. Por um lado, a assinatura ótica pelo HET mostrou que SN 2014C continha hidrogénio - um achado surpreendente que também foi descoberto independentemente por outra equipa utilizando um telescópio diferente. 

"Para uma supernova do Tipo Ib começar a mostrar hidrogénio, é completamente estranho," disse Thomas. "Há apenas uma mão-cheia de eventos que se têm demonstrado serem semelhantes." 

Por outro, o brilho ótico (curva de luz) desse hidrogénio estava a comportar-se de forma estranha. 

A maioria das curvas de luz de SN 2014C - rádio, infravermelho e raios-X - seguiram o padrão esperado: ficaram mais brilhantes, atingiram um pico e depois começaram a cair. Mas a luz ótica do hidrogénio manteve-se estável. 

"O mistério com que lutámos foi 'como encaixamos as nossas observações HET do hidrogénio e das suas características com a imagem [do Tipo Ib]?'," disse J. Craig Wheeler, professor da Universidade do Texas em Austin e membro da equipe. O problema, percebeu a equipa, foi que os modelos anteriores deste sistema assumiram que a supernova tinha explodido e enviado a sua onda de choque de uma forma esférica. Os dados do HET mostraram que esta hipótese era impossível - algo mais deve ter acontecido. 

"Apenas não caberia numa imagem esférica simétrica," disse Wheeler. 

A equipe propõe um modelo onde os invólucros de hidrogénio das duas estrelas no sistema binário progenitor se fundiram para formar uma "configuração de invólucro comum", em que ambos estavam contidos numa única concha de gás. O par então expulsou esse invólucro numa estrutura em expansão, em forma de disco e em torno das duas estrelas. Quando uma das estrelas explodiu, o seu material expelido a alta velocidade colidiu com o disco de movimento lento, e também deslizou da superfície do disco a uma "camada de fronteira" de velocidade intermédia. 

A equipe sugere que esta camada limite é a origem do hidrogénio que detetaram e depois estudaram durante sete anos com o HET. Assim, os dados HET revelaram-se a chave que desvendou o mistério da supernova SN 2014C. 

"Num sentido amplo, a questão de como as estrelas massivas perdem a sua massa é a grande questão científica que estávamos a perseguir," disse Wheeler. "Quanta massa? Onde está? Quando foi ejetada? Por que processo físico? Essas eram as grandes perguntas que procurávamos. 

"E 2014C acabou por ser um acontecimento único realmente importante que está a ilustrar o processo," disse Wheeler.

Fonte: ccvalg.pt