'Lupa cósmica' revela supernova deformada superrara com lente gravitacional.

A descoberta é a ponta do iceberg para supernovas com lentes gravitacionais que podem nos ajudar a entender melhor a expansão do universo.

Ilustração artística de lentes gravitacionais. (Imagem: Pitris/Getty Images) 

A gravidade de uma galáxia distante distorceu o espaço e ampliou a luz de uma supernova distante, potencialmente revelando detalhes tentadores sobre explosões estelares, bem como uma população invisível de galáxias e a expansão do universo.

A galáxia parece muito fraca para nós e não particularmente grande, mas sua massa – uma combinação de suas estrelas, gás e seu halo invisível de matéria escura – transforma o espaço em uma lente gravitacional, uma espécie de lupa cósmica. À medida que a luz da supernova passava pela galáxia, a lente ampliou a luz em até 25 vezes e dividiu a supernova em quatro imagens à medida que a luz tomava quatro caminhos diferentes seguindo os contornos do espaço distorcido.

A descoberta está sendo chamada de “excepcionalmente rara” e alguns dos cientistas envolvidos ficaram surpresos com ela. Isso porque apenas um punhado de supernovas com lentes gravitacionais já foi descoberto. “Eu estava observando aquela noite e fiquei absolutamente atordoado quando vi a imagem de SN Zwicky”, disse Christoffer Fremling, da Caltech, em um comunicado.

A supernova era do tipo Ia, o que significa que foi a destruição de uma estrela anã branca. Explodiu a mais de quatro bilhões de anos-luz de distância e quando sua luz viajou em nossa direção, encontrou uma galáxia em nossa linha de visão, a 2,5 bilhões de anos-luz de distância. 

A luz da supernova finalmente alcançou a Terra em 21 de agosto de 2022, onde foi detectada pela primeira vez pelo Zwicky Transient Facility (ZTF) da Caltech no Observatório Palomar. Catalogada como SN 2022qmx, a supernova também se tornou conhecida como ‘SN Zwicky’. 

O estudo subsequente de SN Zwicky foi liderado por Ariel Goobar, da Universidade de Estocolmo, na Suécia. Observações de acompanhamento foram realizadas por uma série de telescópios, incluindo o W. M. Keck Observatory, o Hubble Space Telescope, o Very Large Telescope, o Hobby-Eberly Telescope, o Liverpool Telescope e o Nordic Optical Telescope. 

Curiosamente, as quatro imagens da supernova distorcidas pelas lentes gravitacionais não eram todas iguais em brilho. Duas das imagens, designadas A e C, eram mais brilhantes do que o esperado em mais de quatro e duas vezes, respectivamente. A equipe de Goobar sugere que isso pode ser causado por eventos menores de ‘microlente’ dentro da galáxia de lente que ampliaram ainda mais a luz da supernova.

Imagens de SN Zwicky capturadas com o Zwicky Transient Facility (fundo), Very Large Telescope (canto superior esquerdo) e W. M. Keck Observatory (canto superior direito). O poder de resolução do instrumento NIRC2 do Observatório Keck e do sistema de óptica adaptativa revelou uma rara supernova com lentes quádruplas. (Crédito da imagem: J. Johansson)

Microlentes são lentes gravitacionais menores criadas por estrelas individuais ou mesmo planetas e, no caso de SN Zwicky, os efeitos adicionais de microlente podem revelar pistas sobre a distribuição de massas de estrelas no núcleo da galáxia de lente. Os astrônomos suspeitam que as condições no centro das galáxias permitem a formação de um número maior de estrelas massivas do que o normal, e essas estrelas massivas seriam as candidatas mais prováveis para as microlentes. 

A supernova com lente também fornecerá um novo e importante ponto de dados nos esforços para mapear a expansão do universo por meio de medições de seu brilho e luminosidade. 

Isso ocorre porque as supernovas do tipo Ia explodem com um brilho padrão. Podemos comparar sua luminosidade intrínseca com o quão brilhantes eles realmente aparecem em nossos telescópios, e a partir disso os astrônomos são capazes de descobrir a que distância eles devem estar. A partir disso, eles podem fazer uma estimativa de quão rápido o universo está se expandindo e levando a supernova para longe de nós. As lentes gravitacionais estendem essa “escada de distância” cósmica, permitindo-nos detectar supernovas de mais longe e, portanto, testando a força da energia escura – a força que causa a aceleração da expansão cósmica – em diferentes épocas da história do universo. 

“Não só SN Zwicky é ampliada pela lente gravitacional, mas também pertence a uma classe de supernova que chamamos de ‘velas padrão’ porque podemos usar suas luminosidades conhecidas para determinar a distância no espaço”, disse Igor Andreoni, da Universidade de Maryland, em um comunicado. 

Em alguns casos de supernovas com lentes, também é possível usar o intervalo de tempo entre o aparecimento das múltiplas imagens para calcular a Constante de Hubble, que é um valor para a taxa de expansão do universo. Recentemente, outra supernova com lente descoberta em 2014, conhecida como SN Refsdal, também exibiu quatro imagens, mas uma quinta imagem com lente adicional apareceu um ano depois, tendo percorrido um caminho mais longo através do espaço distorcido.

Medindo quanto o universo em expansão havia desviado sua luz para o vermelho durante o atraso daquele ano, os astrônomos foram capazes de calcular a Constante de Hubble entre 64,8 e 66,6 quilômetros por segundo por megaparsec de espaço. Este valor aprofunda o mistério da chamada Tensão de Hubble, em que diferentes métodos de medição da Constante de Hubble fornecem valores notavelmente diferentes. Até hoje, ninguém sabe por que isso.

Esta ilustração mostra as três etapas básicas que os astrônomos usam para calcular a rapidez com que o universo se expande ao longo do tempo, um valor chamado de constante de Hubble. Todas as etapas envolvem a construção de uma forte “escada de distância cósmica”, começando com a medição de distâncias precisas para galáxias próximas e, em seguida, movendo-se para galáxias cada vez mais distantes. Esta escada é uma série de medições de diferentes tipos de objetos astronômicos com um brilho intrínseco que os pesquisadores podem usar para calcular distâncias. (Crédito da imagem: NASA, ESA e A. Feild (STScI))

Infelizmente, SN Zwicky não será capaz de ajudar a resolver a Tensão de Hubble porque o intervalo de tempo entre suas quatro imagens -? menos de alguns dias?- era muito curto para fazer uma medição da Constante de Hubble. 

Ainda outro aspecto interessante de tudo isso é a própria galáxia lente, que é bastante fraca e não particularmente massiva – não teria sido notada se a supernova não fosse tão brilhante. Sua existência sugere que ela poderia representar outra população de galáxias fracas e modestas, a bilhões de anos-luz de distância, que nossos levantamentos do céu ainda não detectaram. 

No entanto, isso pode estar prestes a mudar, assim como a escassez de supernovas com lentes. Os próximos anos marcarão o início dos trabalhos do Observatório Vera C. Rubin, no Chile. Lar de um telescópio de pesquisa com um grande espelho de 8,4 metros, o Observatório Rubin tem a tarefa de escanear todo o céu em alta resolução várias vezes a cada noite, procurando por qualquer coisa que apareça no escuro, incluindo supernovas com lentes e suas fracas galáxias com lentes. 

“A descoberta [de SN Zwicky] abre caminho para encontrar supernovas com lentes mais raras em grandes pesquisas futuras que nos ajudarão a estudar eventos astronômicos transitórios como supernovas e explosões de raios gama”, disse Andreoni.

Fonte: space.com