Astrônomo amador descobre remanescente único de supernova

Em 2023, a astrônoma amadora Dana Patchick estava examinando imagens do arquivo do Wide-field Infrared Survey Explorer e descobriu um objeto circular difuso na constelação de Cassiopeia.

PA 30 fotografado em O III por KPNO (esquerda) e em S II. Crédito: Fesen et al. 2023

Ele descobriu que esta aparente nebulosa era interessante porque era brilhante na porção infravermelha do espectro, mas virtualmente invisível nas cores da luz visíveis aos nossos olhos. Dana adicionou este item ao banco de dados do grupo de astrônomos amadores Deep Sky Hunters, acreditando que se tratava de uma nebulosa planetária — o remanescente silencioso de estrelas com massa semelhante à do Sol. Ele o chamou de PA 30.

No entanto, os astrónomos profissionais que o observaram a partir daí perceberam que este objeto é muito mais do que parecia à primeira vista. É, acreditam agora, o remanescente de uma supernova perdida observada em 1181. E um tipo extremamente raro.

A estrela convidada

No início de agosto de 1181 dC, uma “estrela convidada” apareceu na constelação que hoje conhecemos como Cassiopeia. Para os astrônomos chineses da época, era conhecido como Chuanshe. Eles e astrônomos japoneses registraram o aparecimento da estrela e afirmam que ela permaneceu visível por 185 dias, imóvel em relação a outras estrelas.

Em 1971, os astrônomos perceberam pela primeira vez que esta “estrela convidada” era quase certamente uma supernova devido ao tempo que permaneceu visível no céu noturno. Isto fez da observação inicial um relato extremamente raro de uma supernova histórica.

Acredita-se que as supernovas ocorrem, em média, cerca de uma vez por século em galáxias como a Via Láctea, mas, como podem ser obscurecidas se estiverem no outro lado da galáxia e obscurecidas pelas faixas de poeira pesada, nem todas serão visíveis para nós.

Em última análise, isto fez da SN 1181 uma entre menos de uma dúzia de supernovas suspeitas na história registada antes do surgimento da astronomia moderna. E desses, apenas quatro foram conclusivamente ligados a um remanescente observacional. Embora os astrónomos estejam confiantes de que estas supernovas históricas eram de facto supernovas, sem ter um remanescente identificado, é impossível determinar o tipo de supernovas.

Anteriormente, o SN 1181 tinha sido potencialmente associado a um pulsar conhecido como 3C 58, mas as tentativas de determinar a idade deste objeto sugeriram que era demasiado antigo para ser associado aos registos chineses.

PA 30

Embora a PA 30 tenha sido inicialmente sinalizada como uma potencial nebulosa planetária, rapidamente se tornou aparente que era tudo menos isso.

Apenas um ano após a sua descoberta, os astrônomos examinaram o objeto. Com as nebulosas planetárias, a estrela central perdeu a maior parte de suas camadas externas, resultando na exposição do núcleo ainda extremamente quente da estrela. A radiação desta estrela aquecerá a nebulosa criada, causando linhas de emissão no espectro. No entanto, estas linhas de emissão estavam ausentes no espectro do PA 30.

Observações de acompanhamento foram realizadas em 2016. Estas revelaram ventos da estrela central a velocidades "sem precedentes" de 16.000 km/s (5% da velocidade da luz). Linhas de emissão de oxigênio e carbono altamente ionizados foram encontradas na estrela central, mas tanto a estrela central quanto a nebulosa careciam de hidrogênio e hélio. A nebulosa estava se expandindo a velocidades de aproximadamente 1.100 km/s – até 100x a velocidade de expansão de uma nebulosa planetária típica.

No entanto, estas características também não correspondem inteiramente às expectativas de uma supernova. Em primeiro lugar, a velocidade de expansão da nebulosa foi inferior à da maioria dos materiais ejetados de supernovas. Em segundo lugar, mesmo na maioria das supernovas, o hidrogénio e o hélio ainda devem estar presentes, uma vez que são a camada exterior das estrelas que é lançada na explosão.

A primeira tentativa de explicar isso ocorreu em 2019 . Lá, os astrónomos sugeriram que a supernova foi causada pela fusão de duas anãs brancas , ambas já esgotadas destes elementos mais leves à medida que libertavam as suas atmosferas no final das suas vidas na sequência principal.

Especificamente, os astrônomos propuseram que esta era a fusão de uma anã branca com uma atmosfera de carbono/oxigênio com outra com uma atmosfera de oxigênio/néon, criando um tipo excepcionalmente raro de supernova conhecida como SN Tipo Iax.

Esta proposição resolve ambos os problemas. A perda anterior das atmosferas explica porque o hidrogénio e o hélio não estavam presentes. Além disso, este tipo de supernova não tem um impacto tão grande como outros, explicando a taxa de expansão inferior à prevista.

Estudos adicionais apoiaram isso. Indo mais fundo nos espectros, o estudo descobriu que os espectros tinham abundâncias maiores do que o previsto de néon e magnésio, que são resultados da fusão do carbono. Isto fez da PA 30 a única supernova conhecida deste tipo na nossa galáxia.

As primeiras pesquisas sugeriram que o remanescente estelar pode ter campos magnéticos extremamente fortes que alimentavam os ventos fortes. No entanto, modelos mais recentes publicados no arXiv sugeriram que o remanescente possui um campo magnético mais modesto.

Mas estava realmente associado ao SN 1181?

Um mergulho mais profundo nos registros históricos (agora publicados no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ) certamente faz com que isso pareça provável. Registros da China e do Japão indicam que a estrela estava "no alojamento lunar Kui", perto da "quinta estrela de Chuanshe", "ao lado [da constelação de] Ziwei" e "perto [da constelação de] Wangliang".

Tomadas em conjunto, estas descrições formam uma série de restrições que descrevem a área em que o remanescente da supernova deve ser encontrado. PA 30 se enquadra nele, enquanto o outro candidato, 3C 58, não.

Além disso, a mesma investigação procurou observações da estrela central capturadas involuntariamente em placas fotográficas de arquivo iniciadas em 1889. Isto permitiu aos astrónomos juntar as peças da história mais recente de como a estrela teria desaparecido. Extrapolando isso de trás para frente, os astrônomos seriam capazes de determinar quão brilhante o objeto deveria ter sido em 1181.

Voltando novamente aos registros históricos , acredita-se que SN 1181 tenha um pico de brilho de magnitude -1,4. Isso é consistente com o quão brilhante o PA 30 teria sido naquela época, com base em como ele desapareceu.

A idade de PA 30 também foi explorada considerando a taxa de expansão da nebulosa . Novamente, o tempo alinhou-se muito bem com o tempo do SN 1181.

Em última análise, todos os sinais apontam para PA 30 como o remanescente de SN 1181. Isto torna-o o quinto remanescente de supernova que foi positivamente associado à observação de uma supernova dentro da nossa própria galáxia. Essa proximidade permitirá estudar as consequências deste tipo raro de supernova com um detalhe sem precedentes .

Fonte: phys.org