Elo perdido encontrado: supernovas dão origem a buracos negros ou estrelas de nêutrons

Com a ajuda do Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul (VLT do ESO) e do New Technology Telescope (NTT) do ESO, duas equipas conseguiram observar as consequências de uma explosão de supernova numa galáxia próxima, encontrando evidências do misterioso objeto compacto que deixou. atrás.

Uma estrela se transforma em supernova em um sistema binário: Crédito: ESO/L. Calçada

Quando estrelas massivas chegam ao fim de suas vidas, elas entram em colapso sob sua própria gravidade tão rapidamente que ocorre uma violenta explosão conhecida como supernova. Os astrônomos acreditam que, depois de toda a excitação da explosão, o que resta é o núcleo ultradenso, ou remanescente compacto, da estrela. Dependendo da massa da estrela, o remanescente compacto será uma estrela de nêutrons — um objeto tão denso que uma colher de chá de seu material pesaria cerca de um trilhão de quilogramas aqui na Terra — ou um buraco negro — um objeto do qual nada, nem mesmo a luz, pode escapar.  

Os astrónomos encontraram muitas pistas que sugerem esta cadeia de eventos no passado, como a descoberta de uma estrela de neutrões dentro da Nebulosa do Caranguejo , a nuvem de gás deixada para trás quando uma estrela explodiu há quase mil anos. Mas nunca antes tinham visto este processo acontecer em tempo real, o que significa que a evidência direta de uma supernova deixando para trás um remanescente compacto permaneceu indefinida.

“ No nosso trabalho, estabelecemos uma ligação tão direta ”, diz Ping Chen, investigador do Instituto Weizmann de Ciência, em Israel, e autor principal de um estudo publicado hoje na Nature e apresentado na 243ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Nova Orleães. , EUA.

O golpe de sorte dos investigadores ocorreu em maio de 2022, quando o astrónomo amador sul-africano Berto Monard descobriu a supernova SN 2022jli no braço espiral da galáxia próxima NGC 157, localizada a 75 milhões de anos-luz de distância. Duas equipes distintas voltaram sua atenção para as consequências desta explosão e descobriram que ela tinha um comportamento único.

Após a explosão, o brilho da maioria das supernovas simplesmente desaparece com o tempo; os astrônomos veem um declínio suave e gradual na “curva de luz” da explosão. Mas o comportamento do SN 2022jli é muito peculiar: à medida que o brilho geral diminui, ele não ocorre tão suavemente, mas oscila para cima e para baixo a cada 12 dias ou mais.

“ Nos dados do SN 2022jli vemos uma sequência repetida de brilho e desvanecimento ”, diz Thomas Moore, estudante de doutoramento na Queen's University Belfast, Irlanda do Norte, que liderou um estudo da supernova publicado no final do ano passado no Astrophysical Journal . “ Esta é a primeira vez que oscilações periódicas repetidas, ao longo de muitos ciclos, foram detectadas numa curva de luz de supernova ”, observou Moore no seu artigo.

Ambas as equipas de Moore e Chen acreditam que a presença de mais de uma estrela no sistema SN 2022jli poderia explicar este comportamento. Na verdade, não é incomum que estrelas massivas estejam em órbita com uma estrela companheira no que é conhecido como sistema binário, e a estrela que causou SN 2022jli não foi exceção. O que é notável neste sistema, contudo, é que a estrela companheira parece ter sobrevivido à morte violenta da sua parceira e os dois objetos, o remanescente compacto e a companheira, provavelmente continuaram a orbitar um ao outro.

Os dados recolhidos pela equipa de Moore, que incluíram observações com o NTT do ESO no deserto chileno do Atacama, não permitiram determinar exatamente como a interação entre os dois objetos causou os altos e baixos na curva de luz. Mas a equipe de Chen fez observações adicionais.

Eles encontraram as mesmas flutuações regulares no brilho visível do sistema que a equipe de Moore havia detectado, e também detectaram movimentos periódicos de gás hidrogênio e explosões de raios gama no sistema. As suas observações foram possíveis graças a uma frota de instrumentos no solo e no espaço, incluindo o X-shooter montado no VLT do ESO , também localizado no Chile.

Juntando todas as pistas, as duas equipas geralmente concordam que quando a estrela companheira interagiu com o material expelido durante a explosão da supernova, a sua atmosfera rica em hidrogénio tornou-se mais inchada do que o habitual. Então, à medida que o objeto compacto deixado para trás após a explosão atravessasse a atmosfera da companheira em sua órbita, ele roubaria gás hidrogênio, formando um disco quente de matéria ao seu redor. Este roubo periódico de matéria, ou acreção, libertou muita energia que foi captada como mudanças regulares de brilho nas observações.

Embora as equipas não tenham conseguido observar a luz proveniente do próprio objeto compacto, concluíram que este roubo energético só pode dever-se a uma estrela de neutrões invisível, ou possivelmente a um buraco negro, que atrai matéria da atmosfera fofa da estrela companheira. “ Nossa pesquisa é como resolver um quebra-cabeça reunindo todas as evidências possíveis ”, diz Chen. “ Todas essas peças alinhadas levam à verdade. ”

Com a presença confirmada de um buraco negro ou estrela de nêutrons, ainda há muito a desvendar sobre esse sistema enigmático, incluindo a natureza exata do objeto compacto ou que fim pode aguardar esse sistema binário. Telescópios de próxima geração, como o Extremely Large Telescope do ESO , programado para começar a operar ainda esta década, ajudarão neste processo, permitindo aos astrónomos revelar detalhes sem precedentes deste sistema único. 

Fonte: ESO