Supernova dente-de-leão revelada em 3-D

Cientista do CfA ajuda a liderar novas observações que investigam uma esfera de filamentos ao redor de uma estrela morta

Ilustração artística de filamentos se estendendo de uma supernova testemunhada no ano de 1181. Crédito: Adam Makarenko

Por quase seis meses, durante o ano de 1181, as pessoas olharam para o céu para encontrar uma nova estrela brilhando na constelação de Cassiopeia. Astrônomos chineses e japoneses registraram o evento raro, uma explosão de uma estrela, ou supernova.

Mas foi somente em 2013 que os restos da explosão foram finalmente encontrados. Como parte de um projeto de cientista cidadão, a astrônoma amadora Dana Patchick — que havia examinado imagens tiradas pelo agora aposentado Wide-field Infrared Survey Explorer, ou WISE — encontrou uma nebulosa no local onde a supernova ocorreu.

Outras observações convenceram os astrônomos de que essa nebulosa, chamada Pa 30, era de fato o material ejetado restante da supernova de 1181. Mais tarde, em 2023, filamentos estranhos emanando do remanescente da supernova foram descobertos, que lembram as pétalas finas de uma flor de dente-de-leão.

Agora, com a ajuda do Keck Cosmic Web Imager, construído pelo Caltech no Observatório WM Keck, no Havaí, os astrônomos mapearam a localização e a velocidade desses filamentos incomuns em três dimensões pela primeira vez.

"Uma imagem padrão do remanescente de supernova seria como uma foto estática de uma exibição de fogos de artifício", diz o coautor Professor de Física do Caltech Christopher Martin, que liderou a equipe que construiu o KCWI. "O KCWI nos dá algo como um 'filme', já que podemos medir o movimento das brasas da explosão conforme elas saem da explosão central."

Acredita-se que a supernova de 1181 tenha ocorrido quando uma explosão termonuclear foi desencadeada em uma estrela densa e morta chamada anã branca. Normalmente, a anã branca seria completamente destruída nesse tipo de explosão, mas neste caso parte da estrela sobreviveu, deixando para trás uma espécie de "estrela zumbi". Esse tipo de explosão parcial é chamado de supernova Tipo Iax. "Como essa foi uma explosão fracassada, ela foi mais fraca do que as supernovas normais, o que se mostrou consistente com os registros históricos", diz Caiazzo.

Os astrônomos sabem que o material na nebulosa que circunda a estrela remanescente foi ejetado na explosão, mas não está claro como os filamentos peculiares se formaram.

Para sondar a estrutura tridimensional do remanescente da supernova, os astrônomos recorreram ao KCWI, um instrumento que pode capturar informações espectrais para cada pixel em uma imagem. Isso permitiu que a equipe medisse os movimentos dos filamentos saindo do centro da explosão e, finalmente, criasse um mapa 3D da estrutura. A luz do material que está voando em nossa direção será deslocada para a extremidade azul do espectro (deslocada para o azul), enquanto a luz do material que se afasta de nós será deslocada para a extremidade vermelha do espectro (deslocada para o vermelho).

Isso é análogo ao desvio Doppler que se pode ouvir quando um caminhão de bombeiro passa correndo. Conforme o veículo se move em nossa direção, as ondas sonoras de sua buzina se comprimem em frequências mais altas; conforme o caminhão se afasta de nós, as ondas sonoras se alongam em frequências mais baixas.

Especificamente, o "braço vermelho" do instrumento KCWI, que foi instalado em Keck no verão passado, foi usado para este estudo. O KCWI consiste em duas metades: uma captura comprimentos de onda de luz na extremidade azul do espectro visível, e a outra metade cobre a extremidade vermelha do espectro, além da luz infravermelha.

"A adição do braço vermelho mais que dobrou a cobertura espectral do KCWI e tornou essas observações possíveis", diz o aluno de pós-graduação e coautor do Caltech Nikolaus Prusinski. "Este mapa 3-D compreende as medições espaciais e espectrais mais sensíveis de Pa 30 até o momento e detém o recorde atual para a maior região contígua pesquisada com o canal vermelho."

Os resultados mostraram que o material está viajando a uma velocidade de aproximadamente 1.000 quilômetros por segundo.

"Descobrimos que o material nos filamentos está se expandindo balisticamente", diz Cunningham. "Isso significa que o material não foi desacelerado ou acelerado desde a explosão. A partir das velocidades medidas, olhando para trás no tempo, você pode apontar a explosão quase exatamente para o ano 1181."

As informações 3D também revelaram uma grande cavidade dentro da estrutura esférica e fina, além de algumas evidências de que a explosão da supernova de 1181 ocorreu de forma assimétrica.

Quanto a como os filamentos se formaram após a explosão, os cientistas ainda estão intrigados. "Uma onda de choque reversa pode estar condensando a poeira ao redor em filamentos, mas ainda não sabemos", diz Cunningham. "A morfologia deste objeto é muito estranha e fascinante."

Fonte: Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian