Perda extrema de peso: estrela perde quantidades inesperadas de massa pouco antes de se transformar em supernova

Uma supernova próxima recentemente descoberta, cuja estrela ejectou uma massa solar completa de material no ano anterior à sua explosão, está a desafiar a teoria padrão da evolução estelar. As novas observações estão a dar aos astrónomos uma visão sobre o que acontece no último ano antes da morte e explosão de uma estrela.

Crédito: Melissa Weiss/CfA 

SN 2023ixf é uma nova supernova Tipo II descoberta em maio de 2023 pelo astrônomo amador Kōichi Itagaki de Yamagata, Japão, logo após sua progenitora, ou estrela de origem, explodir. Localizada a cerca de 20 milhões de anos-luz de distância, na Galáxia Catavento, a proximidade da SN 2023ixf com a Terra, o brilho extremo da supernova e a sua tenra idade fazem dela um tesouro de dados observáveis ​​para cientistas que estudam a morte de estrelas massivas em explosões de supernovas.

Supernovas do tipo II ou colapso do núcleo ocorrem quando estrelas supergigantes vermelhas com pelo menos oito vezes, e até cerca de 25 vezes a massa do Sol, colapsam sob seu próprio peso e explodem. Embora SN 2023ixf se encaixe na descrição do Tipo II, observações subsequentes de vários comprimentos de onda lideradas por astrônomos do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), e usando uma ampla gama de telescópios do CfA, revelaram um comportamento novo e inesperado.

Poucas horas depois de se transformar em supernova, as supernovas com colapso do núcleo produzem um flash de luz que ocorre quando a onda de choque da explosão atinge a borda externa da estrela. SN 2023ixf, no entanto, produziu uma curva de luz que não parecia se adequar a esse comportamento esperado.

Para entender melhor o choque do SN 2023ixf, uma equipe de cientistas liderada pelo pós-doutorado do CfA, Daichi Hiramatsu, analisou dados do Telescópio Tillinghast de 1,5 m, do telescópio de 1,2 m e do MMT no Observatório Fred Lawrence Whipple, uma instalação do CfA localizada no Arizona, também como dados do Projeto Supernova Global - um projeto importante do Observatório Las Cumbres, do Observatório Neil Gehrels Swift da NASA e muitos outros.

Concepção artística de SN 2023ixf. Uma das supernovas do Tipo II mais próximas numa década e uma das mais brilhantes até à data, SN 2023ixf é uma supernova jovem, descoberta no início deste ano pelo astrónomo amador Kōichi Itagaki de Yamagata, Japão. Esta concepção artística mostra a explosão brilhante de SN 2023ixf, que ocorreu após uma perda inesperada de massa, diferente de tudo que os astrônomos já viram antes. Crédito: Melissa Weiss/CfA

Este estudo de múltiplos comprimentos de onda, publicado esta semana no The Astrophysical Journal Letters , revelou que, em forte contradição com as expectativas e a teoria da evolução estelar, a erupção do choque de SN 2023ixf foi adiada por vários dias.

"O atraso na erupção do choque é uma evidência direta da presença de material denso proveniente da recente perda de massa," disse Hiramatsu, acrescentando que esta perda extrema de massa é atípica nas supernovas do Tipo II. "As nossas novas observações revelaram uma quantidade significativa e inesperada de perda de massa - próxima da massa do Sol - no último ano antes da explosão."

SN 2023ixf desafia a compreensão dos astrônomos sobre a evolução de estrelas massivas e das supernovas em que elas se tornam. Embora os cientistas saibam que as supernovas com colapso do núcleo são pontos de origem primários para a formação cósmica e evolução de átomos, estrelas de nêutrons e buracos negros , muito pouco se sabe sobre os anos que antecederam as explosões estelares.

As novas observações apontam para uma potencial instabilidade nos anos finais da vida de uma estrela, resultando numa perda extrema de massa. Isto pode estar relacionado com os estágios finais da queima nuclear de elementos de grande massa, como o silício, no núcleo da estrela.

Imagem composta KeplerCam griz de SN 2023ixf. Capturada usando o telescópio de 1,2 m no Observatório Fred Lawrence Whipple do CfA em 27 de junho de 2023, pouco mais de um mês após a explosão da estrela progenitora de SN 2023ixf, a imagem nesta composição combina luz verde, vermelha, infravermelha próxima e infravermelha para destacar ambos SN 2023ixf e a Galáxia Catavento. SN 2023ixf está localizado em um dos braços espirais da galáxia, como esperado para explosões de estrelas massivas. Crédito: S. Gomez/STScI

Em conjunto com observações de vários comprimentos de onda lideradas por Hiramatsu, Edo Berger, professor de astronomia em Harvard e CfA, e conselheiro de Hiramatsu, conduziu observações de ondas milimétricas da supernova usando o Submillimeter Array (SMA) do CfA no cume de Maunakea, Havaí. .

Estes dados, que também foram publicados no The Astrophysical Journal Letters , rastrearam diretamente a colisão entre os detritos da supernova e o material denso perdido antes da explosão. “SN 2023ixf explodiu exatamente na hora certa”, disse Berger. "Apenas alguns dias antes, começámos um novo e ambicioso programa de três anos para estudar explosões de supernovas com o SMA, e esta excitante supernova próxima foi o nosso primeiro alvo."

"A única maneira de compreender como as estrelas massivas se comportam nos anos finais das suas vidas até ao ponto da explosão é descobrir supernovas quando são muito jovens, e de preferência próximas, e depois estudá-las em múltiplos comprimentos de onda," disse Berger. "Usando telescópios ópticos e milimétricos, transformamos efetivamente SN 2023ixf em uma máquina do tempo para reconstruir o que sua estrela progenitora estava fazendo até o momento de sua morte."

A descoberta da supernova em si, e o seu seguimento imediato, têm um significado significativo para os astrónomos de todo o mundo, incluindo aqueles que fazem ciência nos seus próprios quintais. Itagaki descobriu a supernova em 19 de maio de 2023, em seu observatório particular em Okayama, Japão.

Dados combinados de Itagaki e de outros astrónomos amadores determinaram o momento da explosão com uma precisão de duas horas, dando aos astrónomos profissionais do CfA e de outros observatórios uma vantagem inicial nas suas investigações. Os astrônomos do CfA continuaram a colaborar com Itagaki em observações ópticas em andamento.

“A parceria entre astrónomos amadores e profissionais tem uma longa tradição de sucesso no campo das supernovas,” disse Hiramatsu. “No caso do SN 2023ixf, recebi um e-mail urgente de Kōichi Itagaki assim que ele descobriu o SN 2023ixf. Sem esse relacionamento, e sem o trabalho e dedicação de Itagaki, teríamos perdido a oportunidade de obter uma compreensão crítica da evolução de estrelas massivas. e suas explosões de supernovas ."

Fonte: phys.org