Perguntas e respostas: Astrônomos aguardam uma explosão estelar que ocorre uma vez a cada 80 anos

Conversamos com o astrofísico teórico do Carnegie Science Observatories, Tony Prio, para falar sobre a T Coronae Borealis, a explosão estelar que ocorre uma vez a cada 80 anos e deve ocorrer nos próximos meses.

Uma ilustração de um sistema como T Coronae Borealis que Piro fez quando era um estudante de pós-graduação. Crédito: Tony Piro

P: Vimos algumas manchetes sobre uma explosão estelar que pode acontecer em breve. Você pode nos dizer o que é isso?

Tony Piro: Esta é a T Coronae Borealis. É um binário que consiste em uma estrela anã branca e uma estrela gigante vermelha. Uma anã branca é basicamente a brasa restante depois que uma estrela esgotou seu combustível nuclear e tem uma massa quase 40% maior que a do nosso sol.

O binário está em uma órbita de 227 dias. A gigante vermelha é tão grande que seu material está sendo puxado pela gravidade da anã branca. Esse material forma um disco ao redor da anã branca. Então, com o tempo, o disco transfere material para a superfície da anã branca.

T Coronae Borealis é conhecido como um sistema de "nova recorrente". Conforme o material se acumula na anã branca, ele fica mais quente e denso até que ele acende uma explosão termonuclear. Isso queima o material da superfície, fazendo um evento brilhante que pode durar de semanas a meses. Isso é chamado de nova.

Às vezes, leva dezenas ou até centenas de milhares de anos para construir e acender uma nova. A maioria das novas que observamos em nossa galáxia são assim. Uma das razões pelas quais T Cor Borealis é especial é que suas novas vêm muito mais rápido.

Isso ocorre porque a anã branca é mais massiva que a maioria, o que faz com que o material acumulado alcance pressões e temperaturas mais altas muito mais rapidamente. Existem cerca de 10 dessas novas recorrentes que conhecemos em nossa galáxia, mas T Coronae Borealis é a mais próxima.

Quando foi a última vez que a T Coronae Borealis explodiu?

A última foi em 1946 e antes disso foi em 1866. Então, apenas por matemática simples, parece que deveria ter uma nova a cada 80 anos. Mas, além disso, para cada uma das novas anteriores, a anã branca foi observada passando por diferentes estados conforme ela se aproxima da erupção.

Primeiro, ela tende a ficar brilhante por cerca de 10 anos antes da explosão. E achamos que isso ocorre porque o disco, à medida que acumula mais massa, se torna mais ativo em canalizar material para a anã branca. E nos últimos 10 anos, novamente, vimos a T Coronae Borealis brilhar, assim como nas duas últimas vezes em que explodiu.

Segundo, para cada uma das novas anteriores, a anã branca começou a escurecer por cerca de um ano ou mais antes da explosão. Da mesma forma, em março de 2023, T Coronae Borealis também começou a escurecer. É menos claro por que isso acontece.

Uma ideia é que o disco é meio que esvaziado e termina sua acreção. E então há uma fase de resfriamento conforme o material se comprime na anã branca, atingindo pressões mais altas e antes de explodir.

Então não sabemos exatamente quando isso vai acontecer, mas como começou a escurecer em março de 2023, esperamos uma explosão basicamente a qualquer momento nos próximos meses.

Por que sistemas de novas recorrentes como T Coronae Borealis são interessantes para os astrônomos?

É interessante de várias maneiras diferentes. Uma é que esta é a mais próxima de todas as novas recorrentes. Está a apenas 2.6000 anos-luz de distância. Então, é a que podemos estudar com mais detalhes. E ela se repete com relativa frequência, então podemos prevê-la e nos preparar para a explosão acontecer.

Por estar tão perto, podemos rastrear como a matéria se acumula na anã branca ao longo dos últimos 80 anos para entender melhor como as condições são reunidas para que a explosão ocorra.

T Cor Bor também é interessante porque sua anã branca está próxima da massa máxima que anãs brancas são capazes de ter. Anãs brancas não são capazes de ser mais massivas do que o chamado limite de Chandrasekhar, que é aproximadamente 1,4 vezes a massa do nosso sol.

Acima dessa massa, a anã branca começa a colapsar e pode potencialmente explodir e produzir uma supernova Tipo Ia. Quando isso acontece, toda a anã branca é destruída, não apenas as camadas superficiais como uma nova. As supernovas Tipo Ia são incrivelmente importantes, desde sintetizar muitos dos elementos pesados ​​que são críticos para a vida até serem faróis cósmicos que são usados ​​para medir a forma e o tamanho do universo.

Então, novas como a T Coronae Borealis são interessantes para nossos esforços contínuos para entender como as anãs brancas podem se desenvolver até esse limite para produzir uma supernova.

Além disso, houve um ressurgimento no estudo de novas na última década ou mais. Isso porque, com novas tecnologias e novos telescópios, descobrimos que muitas emissões de raios gama de alta energia estão, na verdade, vindo das novas.

Isso não era esperado, mas fótons com energias de gigavolts estão vindo desses eventos. Achamos que é porque choques estão sendo gerados pela interação das camadas superficiais explodindo com o fluxo de material da gigante vermelha.

Isso realmente não era esperado até que tivéssemos a tecnologia para vê-lo. Por exemplo, existem essas coisas chamadas detectores Cherenkov que são colocados no chão e nos permitem ver os raios cósmicos — fótons de alta energia — conforme eles atingem a atmosfera da Terra e criam chuvas de partículas. E, ao olhar para isso, podemos reconstruir a energia desses fótons e aprender sobre os eventos que os emitiram.

Sabemos há muito tempo que raios gama, buracos negros supermassivos nos centros de galáxias e outros fenômenos cósmicos podem produzir emissões de alta energia, mas só recentemente aprendemos que essas novas também podem fazer isso. Então, será muito emocionante ter uma das novas mais próximas para estudar dessa forma.

Astrônomos não profissionais poderão aproveitar este evento?

Sim, definitivamente. Quando a explosão ocorrer, a anã branca brilhará por cerca de cinco dias, atingindo o pico de magnitude em torno da mesma magnitude que a Estrela do Norte tem no céu. Então, ela ficará tão brilhante assim por algumas horas e você poderá vê-la a olho nu. Então, a luminosidade cai exponencialmente nas semanas seguintes. Então, por talvez cinco dias, você ainda poderá vê-la com um bom par de binóculos.

Isso me lembra que outra coisa interessante é que T Coronae Borealis é o único evento de nova que realmente brilha novamente após cerca de 100 dias. Outras novas recorrentes não demonstram essa mesma característica, então isso é algo que queremos estudar mais.

O segundo brilho é muito fraco para ser visto a olho nu. No entanto, com os poderosos telescópios que os astrônomos usam para nosso trabalho, seremos capazes de estudá-lo e aprender por que ele acontece.

Infelizmente, T Coronae Borealis só é visível no hemisfério norte e o Observatório Las Campanas da Carnegie Science fica no Chile, então ficaremos de fora do estudo disso com nossas próprias instalações. Um fato engraçado é que a erupção de 1946 foi observada em nossa famosa instalação do Monte Wilson ao norte de Pasadena.

Quais ferramentas estarão disponíveis para estudar T Cor Bor que ainda não existiam na década de 40 ou antes?

A maioria das detecções anteriores eram, é claro, basicamente apenas luz óptica. Hoje em dia, podemos observar objetos e fenômenos em muitos comprimentos de onda diferentes. Além dos detectores ópticos, as ferramentas mais interessantes provavelmente serão coisas como detectores de raios X que podem revelar novas informações sobre as emissões de alta energia.

E, como mencionei antes, os detectores Cherenkov nos darão uma imagem melhor dos choques causados ​​pela explosão violenta na superfície da anã branca.

Como teórico, existem teorias que poderemos testar estudando T Cor Bor?

Como T Coronae Borealis está tão perto e pode ser observada mesmo quando não está produzindo uma explosão, podemos obter um inventário de quanta massa foi acumulada na anã branca. Isso pode então ser comparado a quanto material é ejetado durante a explosão, o que nos ensina sobre como as anãs brancas podem ganhar ou perder massa ao longo do tempo. Isso é emocionante, porque quando as anãs brancas estão ganhando massa, elas podem estar se movendo em direção a se tornarem supernovas do Tipo Ia.

E então a outra coisa que eu meio que mencionei é que há muita física interessante envolvida na aceleração de partículas dessas emissões de alta energia. Os teóricos realmente ficam animados em fazer a matemática para explicar como essa aceleração funciona, e T Coronae Borealis é um laboratório incrível para testar essas teorias.

Além disso, há essas características diferentes, como o escurecimento que as pessoas especulam ser por causa da limpeza do disco, e as coisas ficando um pouco mais frias por um segundo antes do disparo da erupção. Todas as características do escurecimento, o brilho, e então tem um platô secundário, todos serão caracterizados melhor para comparar com modelos teóricos .

E há mais alguma coisa que não discutimos ou que você acha importante entender sobre esse fenômeno em particular e outros semelhantes?

É divertido pensar no fato de que, como a T Coronae Borealis está a 2.600 anos-luz de distância e tem uma nova a cada 80 anos aproximadamente, isso significa que mais de 30 dessas erupções já aconteceram, e todas estão a caminho de nós.

E então, você pode quase, tipo, imaginar essas conchas à luz dessas explosões que aconteceram nos últimos 2.600 anos, e elas estão todas viajando em nossa direção através da Via Láctea agora. Então não é uma questão de quando as novas acontecem, mas quando elas finalmente nos alcançam na Terra para que possamos aprender sobre elas.

Às vezes falamos sobre coisas que são bem abstratas na astronomia, mas isso é algo que você vai conseguir ver a olho nu e apontar diretamente. É uma oportunidade única de se conectar com o mesmo tipo de excitação que os astrônomos sentem há milhares de anos quando descobrem algo novo no céu. Não sabemos exatamente quando isso vai acontecer, mas vai ser divertido quando acontecer.

Fonte: phys.org