Estrela antiga e gigantesca explodiu de uma maneira que não pensávamos ser possível

Uma estranha estrela na Via Láctea revela a assinatura de uma explosão única de uma estrela gigante que existiu há milhares de milhões de anos, na era da alvorada cósmica .

Impressão artística da supernova da estrela 'Barbenheimer'. (Universidade de Chicago/SDSS-V/Melissa Weiss) 

A composição química da estrela existente conhecida como J0931+0038 é tão estranha que só pode ser composta pelos restos de uma estrela enorme, com pelo menos 50 vezes a massa do Sol, que criou os elementos antes de se tornar uma supernova.

E isso é ainda mais estranho. Uma estrela tão massiva deveria, de acordo com a teoria, ter colapsado diretamente em um buraco negro quando morreu – não passar por uma supernova, não coletar abundâncias de elementos estranhos.

“Nunca vimos nada assim”, diz o astrônomo Alex Ji , da Universidade de Chicago e do Sloan Digital Sky Survey (SDSS), que liderou a pesquisa.

"O que quer que tenha acontecido naquela época deve ter sido incrível. Apelidamos [o progenitor da supernova] de 'Estrela Barbenheimer' por sua espetacular nucleossíntese."

A produção da maioria dos elementos do Universo é da competência das estrelas. Após o Big Bang , há 13,8 mil milhões de anos, quando tudo arrefeceu o suficiente para a formação de átomos, o espaço foi preenchido com uma sopa composta principalmente por hidrogénio e um pouco de hélio. Foi deste material que nasceram as primeiras estrelas.

Mas as estrelas são basicamente fábricas de elementos, com vários métodos distintos de criação de novos materiais num processo conhecido como nucleossíntese. Eles são alimentados pelo processo de fusão que ocorre em seus núcleos, esmagando átomos para formar elementos mais pesados.

No entanto, isso para no ferro; fundir o ferro em algo mais pesado usa mais energia do que cria, então o jogo termina para a estrela.

Impressão artística das estranhas abundâncias químicas de J0931+0038. ( Universidade de Chicago/SDSS-V/Melissa Weiss )

À medida que a estrela explode, elementos mais pesados ​​são criados no ambiente extremamente energético da supernova. Além dos produtos da fusão, esses elementos são ejetados para o espaço, onde são incorporados às gerações subsequentes de estrelas.

A abundância química nas estrelas pode nos dizer muito sobre a sua própria história. Estrelas nascidas mais recentemente, por exemplo, têm maior abundância de elementos mais pesados ​​que o hélio, o que é uma ferramenta útil para saber a idade de uma estrela. E os diferentes elementos podem nos contar sobre as estrelas que vieram antes – aquelas nas quais os elementos mais pesados ​​foram originalmente forjados.

J0931+0038 é uma estrela gigante vermelha de baixa massa, situada na região aproximadamente esférica do espaço que envolve o disco da Via Láctea conhecido como halo galáctico . Muitas estrelas muito antigas e estranhas podem ser encontradas no halo galáctico, por isso os astrónomos procuram lá frequentemente pistas sobre o Universo primordial. 

J0931+0038 foi capturado pela primeira vez pelo SDSS em 1999, mas não em cores. Só em 2019 é que um estudo de acompanhamento capturou todo o espectro de luz da estrela – a chave para identificar a sua composição química, uma vez que diferentes elementos absorvem e reemitem luz em comprimentos de onda específicos.

O espectro de J0931+0038 revelou uma composição química diferente de tudo já visto antes. Era surpreendentemente pobre em elementos com números ímpares na tabela periódica, como sódio e alumínio, mas rico em elementos próximos ao ferro, como níquel e zinco. E então a abundância de elementos mais pesados ​​que o ferro, como o estrôncio e o paládio, foi muito maior do que deveria.

A sequência de eventos que levou à formação e descoberta de J0931+0038. ( NASA, ESA, CSA, StSci, Universidade de Chicago, SDSS-V, S5, Melissa Weiss, James Josephides, Yuri Beletsky )

“Às vezes vemos uma destas características de cada vez, mas nunca antes tínhamos visto todas elas na mesma estrela”, diz a astrónoma Jennifer Johnson , da Universidade Estatal de Ohio.

A equipe descobriu que a maioria dos metais encontrados em J0931+0038 devem ter vindo de uma única fonte nucleossintética extremamente pobre em metais: uma estrela com 50 a 80 vezes a massa do Sol que explodiu, expeliu suas entranhas para o espaço, e deixou para trás uma nuvem de material da qual nasceu J0931+0038.

O fato de que se espera que uma estrela tão massiva entre em colapso gravitacional para dentro, em vez de explodir para fora, é apenas parte do problema.

“Surpreendentemente, nenhum modelo existente de formação de elementos pode explicar o que vemos”, diz a astrónoma Sanjana Curtis , da Universidade da Califórnia, Berkeley, que co-liderou a investigação. "Não é apenas 'ah, você pode ajustar algo aqui e ali e tudo dará certo - todo o padrão de elementos quase parece contraditório."

É um enigma que, até agora, não tem resposta. Apenas encontrar mais desses excêntricos e modelar a sua formação revelará como a estrela 'Barbenheimer' viveu, morreu e deixou as suas impressões digitais para trás, para que possamos decifrá-las muitas eras mais tarde.

A pesquisa da equipe foi aceita no The Astrophysical Journal Letters e está disponível no arXiv .

Fonte: sciencealert.com