Buracos negros primordiais podem desencadear supernovas do tipo Ia sem estrelas companheiras

 Um novo artigo publicado no The Astrophysical Journal explora uma nova teoria sobre como as supernovas do Tipo Ia, as poderosas explosões estelares que os astrônomos usam para medir distâncias no universo, podem ser desencadeadas. Tradicionalmente, essas supernovas ocorrem quando uma estrela anã branca explode após interagir com uma estrela companheira. Mas essa explicação tem limitações, deixando em aberto questões sobre como esses eventos se alinham com os padrões consistentes que os astrônomos realmente observam.

O gráfico de cores de densidade para modelos WD de várias massas. A composição final esperada após reações nucleares de autoaquecimento é indicada pelos elementos dominantes Si, Ni e Fe. Crédito: The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adf4e8 

De autoria do professor assistente de física do Instituto Politécnico da SUNY (SUNY Poly), Dr. Shing-Chi Leung, juntamente com o aluno Seth Walther (Engenharia Elétrica e Matemática Aplicada, especialização em Física), o artigo é intitulado "Supernovas Tipo Ia Acionadas por Buraco Negro Primordial. I. Impacto na Dinâmica de Explosão e Curvas de Luz".

O Dr. Leung e sua equipe investigaram uma nova ideia: a de que pequenos buracos negros primordiais (PBHs), formados no início do universo , poderiam desencadear essas explosões por conta própria, sem a necessidade de uma estrela companheira. Apesar de terem apenas alguns nanômetros de largura, os PBHs podem pesar tanto quanto um asteroide. Se um deles passar por uma anã branca, sua intensa gravidade pode gerar calor suficiente para desencadear uma reação nuclear descontrolada, resultando em uma supernova.

Utilizando simulações computacionais avançadas , a equipe demonstrou que este modelo baseado em PBHs poderia reproduzir com sucesso a "relação de Phillips" — o padrão de brilho consistente que torna as supernovas do Tipo Ia "velas padrão" tão confiáveis ​​para medir distâncias cósmicas. Isso sugere que os PBHs poderiam fornecer uma explicação unificada para essas explosões e poderiam até mesmo ajudar a explicar a natureza da matéria escura, que compõe quase 90% da massa do universo, mas permanece invisível.

"Esses resultados trazem muitas implicações interessantes", disse o Dr. Leung. "Este modelo mostra como supernovas do Tipo Ia podem ocorrer em uma ampla gama de massas de anãs brancas, corresponde aos padrões observados pelos astrônomos e pode até oferecer evidências indiretas de que buracos negros primordiais fazem parte da matéria escura em nosso universo."

Este projeto também destaca as oportunidades práticas de pesquisa oferecidas aos alunos da SUNY Poly. Walther começou a trabalhar com o Dr. Leung no verão de 2024 por meio do Programa de Pesquisa de Graduação de Verão (SURP) e continuou sua pesquisa como um estudo independente. Ele também apresentou as descobertas da equipe na Conferência Internacional de Física da Sociedade Americana de Física deste ano, em Anaheim, Califórnia.

"A física é algo que sempre me fascinou, e este projeto realmente me abriu os olhos para a escala da astrofísica", disse Walther. "Participar desta pesquisa foi uma primeira experiência inesquecível e me deu confiança para continuar explorando novos projetos. Tenho orgulho do que conquistamos juntos e estou animado para ver aonde isso vai nos levar."

Olhando para o futuro, a equipe planeja estudar como supernovas desencadeadas por PBH podem influenciar a composição química das galáxias, incluindo como elementos como ferro, manganês e níquel são formados nas estrelas.

Phys.org