O mais completo retrato, de sempre, de uma supernova

Os primeiros registos de uma supernova já têm mais de 2 mil anos e, embora saibamos atualmente que estes eventos criam os blocos de construção da própria vida, ainda há perguntas sem resposta acerca das condições que provocam a explosão de uma estrela.

SN 2023ixf teve lugar num braço espiral da galáxia M101, perto de várias regiões de formação estelar. Crédito: Travis Deyoe, SkyCenter do Monte Lemmon, Universidade do Arizona 

Os investigadores do Instituto Weizmann de Ciência fizeram agora grandes progressos na compreensão destes fenómenos fascinantes. Usando vários telescópios, incluindo o Observatório W. M. Keck em Maunakea, no Hawaii, conseguiram recolher dados de uma supernova chamada SN 2023ixf. As suas descobertas foram publicadas na revista Nature.

Até há pouco tempo, as supernovas eram consideradas raras, ocorrendo na Via Láctea, na melhor das hipóteses, uma vez por século e iluminando o céu noturno com a intensidade de 100 milhões de sóis; a última explosão observável, na nossa Galáxia, teve lugar há centenas de anos.

Desde então, os avanços tecnológicos têm ajudado a identificar supernovas em galáxias distantes, fornecendo mais dados do que era possível anteriormente. No entanto, o mesmo problema persiste; uma vez que as explosões não podem ser previstas, os astrofísicos são como arqueólogos espaciais, geralmente chegando ao local após o evento e tentando reunir informações a partir dos remanescentes.

"É isso que torna esta supernova diferente", diz o estudante de doutoramento Erez Zimmerman, do grupo do prof. Avishay Gal-Yam. "Conseguimos - pela primeira vez - seguir de perto uma supernova enquanto a sua luz estava a emergir do material circunstelar em que a estrela em explosão estava embebida."

A descoberta foi equivalente a chegar à cena do crime enquanto o crime ainda estava a acontecer.

Os cientistas admitem que tiveram sorte. A equipa de Gal-Yam candidatou-se a tempo de investigação com o Telescópio Espacial Hubble da NASA, na esperança de recolher dados ultravioleta (UV) sobre qualquer supernova que interagisse com o seu ambiente. Em vez disso, tiveram a oportunidade de testemunhar em tempo real uma das supernovas mais próximas em décadas: a explosão de uma supergigante vermelha numa galáxia vizinha chamada Messier 101, também conhecida como a Galáxia do Cata-Vento.

Koichi Itagaki, um astrónomo amador do Japão, descobriu SN 2023ixf e comunicou-a numa sexta-feira à noite, a meio do fim-de-semana em Israel (a semana de trabalho em Israel é de domingo a quinta-feira) e mesmo antes do fim-de-semana no STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore - o centro de operações do Telescópio Hubble.

Para complicar ainda mais as coisas, a observação teve lugar dois dias antes do casamento de Zimmerman. Mas a sua equipe rapidamente realizou observações de acompanhamento da supernova, fazendo direta na noite de sexta-feira e entregando mesmo a tempo as medições necessárias à NASA. 

"É muito raro, como cientista, ter de agir tão rapidamente", diz Gal-Yam. "A maioria dos projetos científicos não acontece a meio da noite, mas a oportunidade surgiu e não tivemos outra alternativa senão responder em conformidade."

Não só conseguiram que o Hubble assumisse as coordenadas e o ângulo corretos para registar os dados necessários, como também, devido à relativa proximidade da explosão, se verificou que o Hubble já tinha observado este sector do Universo muitas vezes.

Recorrendo aos arquivos da NASA, a equipe de Gal-Yam e muitos outros grupos conseguiram obter dados anteriores à morte da estrela - quando ainda era apenas uma supergigante vermelha na fase final da sua vida - criando assim o retrato mais completo de sempre de uma supernova: uma composição dos seus últimos dias e da sua morte.

As observações de SN 2023ixf consistiram em dados UV e raios X dos satélites Hubble e Swift da NASA, bem como de muitos dos melhores telescópios de todo o mundo.

Isto incluiu espetros captados por três dos instrumentos do Observatório Keck - o KCWI (Keck Cosmic Web Imager), o DEIMOS (Deep Imaging and Multi-Object Spectrograph) e o LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) - com cada instrumento a fornecer uma visão única da supernova e da sua evolução ao longo do tempo.

A compilação de dados espaciais e terrestres de alta qualidade permitiu aos investigadores mapear as duas camadas exteriores da estrela que explodiu e chegar a uma hipótese extraordinária.

"Os cálculos do material circunstelar emitido na explosão, bem como a densidade e a massa deste material antes e depois da supernova, criam uma discrepância, o que torna muito provável que a massa em falta tenha ido parar a um buraco negro que se formou na sequência da explosão - algo que é normalmente muito difícil de determinar", diz o estudante de doutoramento Ido Irani, da equipa de Gal-Yam.

"As estrelas comportam-se de forma muito errática na sua idade mais avançada", diz Gal-Yam. "Tornam-se instáveis e, normalmente, não podemos ter a certeza de quais os processos complexos que ocorrem no seu interior, porque iniciamos sempre o processo forense após o facto, quando muitos dos dados já se perderam".

"Este estudo apresenta uma oportunidade única para compreender melhor os mecanismos que levam à conclusão da vida de uma estrela e à eventual formação de algo inteiramente novo", disse Zimmerman.

Os cientistas poderão nunca vir a descobrir o que aconteceu à matéria que constituía a antiga supergigante vermelha da galáxia Messier 101. No entanto, as últimas fases da supernova estão a decorrer e continuam a chegar novos dados, o que significa que este estudo, juntamente com os estudos de seguimento de SN 2023ixf, poderão fornecer mais informações sobre estes acontecimentos explosivos.

Fonte: Astronomia OnLine