Identificado o primeiro sistema progenitor de uma kilonova

 Astrônomos usando o telescópio SMARTS de 1,5 metros descobrem um sistema estelar binário de um em dez bilhões

Esta é uma impressão de artista da primeira deteção confirmada de um sistema estelar que irá um dia formar uma quilonova - a explosão ultrapoderosa, produtora de ouro, criada pela fusão de estrelas de neutrões. Estes sistemas são tão fenomenalmente raros que se pensa existirem apenas cerca de 10 sistemas deste tipo em toda a Via Láctea. Crédito: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani 

Astrônomos usando dados do Telescópio SMARTS de 1,5 metro do Observatório Interamericano de Cerro Tololo (CTIO), um programa do NOIRLab da NSF, fizeram a primeira detecção confirmada de um sistema estelar que um dia formará uma quilonova - a explosão ultrapoderosa e produtora de ouro criada pela fusão de estrelas de nêutrons. Esses sistemas são tão fenomenalmente raros que apenas cerca de 10 desses sistemas são pensados para existir em toda a Via Láctea.

Astrônomos usando o Telescópio SMARTS de 1,5 metro no Observatório Interamericano de Cerro Tololo, no Chile, um programa do NOIRLab da NSF, descobriram o primeiro exemplo de um tipo fenomenalmente raro de sistema estelar binário, que tem todas as condições certas para eventualmente desencadear uma quilonova - a explosão ultrapoderosa e produtora de ouro criada pela colisão de estrelas de nêutrons . Tal arranjo é tão raro que apenas cerca de 10 desses sistemas são pensados para existir em toda a Via Láctea. Os resultados foram publicados hoje na revista Nature.

Este sistema incomum, conhecido como CPD-29 2176, está localizado a cerca de 11.400 anos-luz da Terra. Foi identificado pela primeira vez pelo Observatório Neil Gehrels Swift da NASA. Observações posteriores com o Telescópio SMARTS de 1,5 metros permitiram aos astrônomos deduzir as características orbitais e os tipos de estrelas que compõem esse sistema - uma estrela de nêutrons criada por uma supernova ultra-despojada e uma estrela massiva em órbita próxima que está no processo de se tornar uma supernova ultra-despojada.

Este infográfico ilustra a evolução do sistema estelar CPD-29 2176, o primeiro progenitor de quilonova confirmado. Etapa 1: duas enormes estrelas azuis formam-se num sistema estrelar binário; Etapa 2: a maior das duas estrelas aproxima-se do fim da sua vida; Etapa 3: a menor das duas estrelas extrai material da sua companheira maior e mais madura, despojando-a de grande parte da sua atmosfera exterior; Etapa 4: a estrela maior forma uma supernova ultra-despojada, a explosão, no final da vida, de uma estrela com menos "pontapé" do que uma supernova mais tradicional; Etapa 5: como atualmente observado pelos astrónomos, a estrela de neutrões resultante da supernova anterior começa a sugar o material da sua companheira, invertendo o cenário do binário; Etapa 6: com a perda de grande parte da sua atmosfera exterior, a estrela companheira também sofre uma supernova ultra-despojada. Esta fase acontecerá daqui a cerca de um milhão de anos; Etapa 7: um par de estrelas de neutrões em íntima órbita mútua permanece agora onde outrora existiam duas estrelas massivas; Etapa 8: as duas estrelas de neutrões entram em espiral uma em direção à outra, perdendo energia orbital como ténue radiação gravitacional; Etapa 9: a fase final deste sistema, à medida que ambas as estrelas de neutrões colidem, produzindo uma poderosa quilonova, a fábrica cósmica de elementos pesados no nosso Universo. Crédito: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

Uma supernova ultra-despojada é a explosão de fim de vida de uma estrela massiva que teve grande parte de sua atmosfera externa arrancada por uma estrela companheira. Esta classe de supernova não tem a força explosiva de uma supernova tradicional, que de outra forma "chutaria" uma estrela companheira próxima para fora do sistema.

"A estrela de nêutrons atual teria que se formar sem ejetar sua companheira do sistema. Uma supernova ultra-despojada é a melhor explicação para o porquê dessas estrelas companheiras estarem em uma órbita tão apertada", disse Noel D. Richardson, da Universidade Aeronáutica Embry-Riddle e principal autor do artigo. "Para um dia criar uma quilonova, a outra estrela também precisaria explodir como uma supernova ultra-despojada para que as duas estrelas de nêutrons pudessem eventualmente colidir e se fundir."

Além de representar a descoberta de uma estranheza cósmica incrivelmente rara, encontrar e estudar sistemas progenitores de quilonovas como este pode ajudar os astrônomos a desvendar o mistério de como as quilonovas se formam, lançando luz sobre a origem dos elementos mais pesados do Universo.

"Por algum tempo, os astrônomos especularam sobre as condições exatas que poderiam eventualmente levar a uma quilonova", disse o astrônomo e coautor do NOIRLab, André-Nicolas Chené. "Esses novos resultados demonstram que, em pelo menos alguns casos, duas estrelas de nêutrons irmãs podem se fundir quando uma delas foi criada sem uma explosão clássica de supernova."

Produzir um sistema tão incomum, no entanto, é um processo longo e improvável. "Sabemos que a Via Láctea contém pelo menos 100 bilhões de estrelas e provavelmente centenas de bilhões mais. Este notável sistema binário é essencialmente um sistema de um em dez bilhões", disse Chené. "Antes do nosso estudo, a estimativa era de que apenas um ou dois desses sistemas deveriam existir em uma galáxia espiral como a Via Láctea."

Embora este sistema tenha todas as coisas certas para eventualmente formar uma quilonova, caberá aos futuros astrônomos estudar esse evento. Levará pelo menos um milhão de anos para que a estrela massiva termine sua vida como uma explosão de supernova titânica e deixe para trás uma segunda estrela de nêutrons. Este novo remanescente estelar e a estrela de nêutrons pré-existente precisarão então gradualmente se unir em um balé cósmico, perdendo lentamente sua energia orbital como radiação gravitacional.

Quando eles eventualmente se fundirem, a explosão de quilonova resultante produzirá ondas gravitacionais muito mais poderosas e deixará para trás em seu rastro uma grande quantidade de elementos pesados, incluindo prata e ouro.

"Este sistema revela que algumas estrelas de nêutrons são formadas com apenas um pequeno chute de supernova", concluiu Richardson. "À medida que entendemos a crescente população de sistemas como o CPD-29 2176, obteremos informações sobre o quão calmas algumas mortes estelares podem ser e se essas estrelas podem morrer sem supernovas tradicionais."

Fonte: noirlab.edu