Cientistas observam, pela primeira vez, a onda de choque de uma supernova atravessar uma estrela moribunda.

A supernova foi a morte de uma estrela supergigante vermelha 500 vezes maior que o Sol, em uma galáxia a apenas 22 milhões de anos-luz de distância.

 Representação artística da erupção simétrica da supernova e do material circunstelar que a rodeia. (Crédito da imagem: ESO/L. Calçada.) 

Cientistas registraram pela primeira vez o momento em que a onda de choque de uma explosão de supernova irrompe pela superfície de uma estrela condenada, revelando o que parece ser uma detonação surpreendentemente simétrica.

Observar esse momento em detalhes era algo difícil até então, pois é raro uma supernova ser detectada com antecedência suficiente e telescópios serem apontados para ela — e quando isso aconteceu, a estrela em explosão estava muito distante.

Assim, quando a supernova 2024ggi explodiu em 10 de abril de 2024 na galáxia espiral relativamente próxima NGC 3621, que fica a 22 milhões de anos-luz de distância na constelação de Hydra, a Serpente de Água, o astrônomo Yi Yang, da Universidade Tsinghua, em Pequim, soube que precisava agir.

Ele e sua equipe internacional de colegas, da China, Europa, Oriente Médio e Estados Unidos, rapidamente solicitaram tempo de observação no Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO) no Chile para observar a supernova. Vinte e seis horas após a supernova ter sido descoberta pelas câmeras do Sistema Global de Alerta Final de Impacto Terrestre de Asteroides (ATLAS), o VLT já estava fornecendo dados. 

"As primeiras observações do VLT capturaram a fase durante a qual a matéria acelerada pela explosão perto do centro da estrela atravessou a superfície estelar", disse um desses colegas, Dietrich Baade, do ESO, em um comunicado . "Por algumas horas, a geometria da estrela e sua explosão puderam ser, e foram, observadas simultaneamente."

A estrela que explodiu em supernova era uma supergigante vermelha massiva, com massa entre 12 e 15 vezes a do nosso Sol . Essas estrelas morrem quando não conseguem mais produzir reações de fusão nuclear em seu núcleo, o que leva o núcleo a colapsar gravitacionalmente e formar uma estrela de nêutrons . As camadas da estrela ao redor do núcleo caem sobre ele e então ricocheteiam para fora, impulsionando uma explosão que despedaça a estrela.

A estrela, sendo dilacerada de dentro para fora, começou a brilhar dramaticamente, mas como uma supergigante vermelha é tão enorme, com um raio de 250 milhões de quilômetros (217 milhões de milhas), ou 500 vezes o raio do Sol, levou cerca de um dia para que essa onda de choque atravessasse sua superfície visível. 

Este era o momento que Yang, Baade e seus colegas esperavam. Se tivessem chegado um dia depois, teriam perdido. Presenciar o momento exato da explosão é fundamental para entender como uma estrela se despedaça.

Supernova SN 2024ggi, circulada, em NGC 3621.(Crédito da imagem: ESO/Y. Yang et al.)

Embora a supernova em si não pudesse ser resolvida como algo além de um ponto de luz, a polarização dessa luz continha pistas sobre a geometria da ruptura.

"A geometria de uma explosão de supernova fornece informações fundamentais sobre a evolução estelar e os processos físicos que levam a esses fogos de artifício cósmicos", disse Yang.

Utilizando o espectrógrafo FORS2 do VLT, a equipe empregou uma técnica de observação chamada espectropolarimetria para medir essa polarização.

"A espectropolarimetria fornece informações sobre a geometria da explosão que outros tipos de observação não conseguem fornecer porque as escalas angulares são muito pequenas", disse outro membro da equipe, Lifan Wang, da Universidade Texas A&M.

A medição mostrou que a forma da explosão inicial era achatada, semelhante a uma azeitona ou uva. Crucialmente, porém, a explosão propagou-se simetricamente e continuou a fazê-lo mesmo quando colidiu com um anel de material circunstelar.

"Essas descobertas sugerem um mecanismo físico comum que impulsiona a explosão de muitas estrelas massivas, o qual manifesta uma simetria axial bem definida e atua em grandes escalas", disse Yang.

As descobertas permitirão aos astrônomos descartar alguns modelos e fortalecer outros que descrevem o que impulsiona a onda de choque em uma explosão de supernova.

Em particular, alguns modelos sugerem que a onda de choque pode ganhar energia absorvendo partículas peculiares chamadas neutrinos à medida que se propaga do núcleo até a superfície da estrela. A absorção de neutrinos, no entanto, deveria levar a explosões altamente assimétricas, o que não parece ser o caso aqui. Em ocasiões em que explosões de supernovas foram observadas como assimétricas em um estágio posterior, a equipe de Yang propõe que poderiam ser os poderosos campos magnéticos, e não os neutrinos, que moldam a assimetria.

Os resultados da SN 2024ggi foram publicados em 12 de novembro na revista Science Advances, e o artigo está disponível no site da ESO .

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