Uma estrela gigante pode ter se destruído em uma das explosões mais raras do universo.

 Astrônomos podem ter descoberto um dos exemplos mais claros até agora de uma rara supernova de "instabilidade de pares". Trata-se de uma explosão catastrófica que se acredita destruir completamente algumas das estrelas mais massivas do universo, sem deixar vestígios. O artigo que descreve as propriedades dessa rara explosão foi publicado no servidor de pré-impressão arXiv em 15 de maio.

Localização da SN 2023vbw (círculo magenta) na periferia de sua galáxia anã hospedeira (círculo verde). Crédito: arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2605.16487

O evento, SN 2023vbw, foi detectado pela primeira vez pelo Zwicky Transient Facility em outubro de 2023, nos arredores de uma pequena galáxia anã pobre em metais, a cerca de 1,3 bilhão de anos-luz de distância. Foi provisoriamente classificado como uma supernova do Tipo II — o tipo produzido quando uma estrela massiva esgota seu combustível nuclear, colapsa sob a ação da gravidade e explode. Mas várias de suas propriedades não se encaixavam nessa descrição.

Um caso atípico

Em um novo estudo, astrônomos realizaram observações detalhadas e modelagem da SN 2023vbw para determinar sua verdadeira natureza. O primeiro indício de que algo incomum estava acontecendo veio de sua curva de luz — como seu brilho mudou ao longo do tempo. Em vez da ascensão em forma de platô típica de uma supernova do Tipo II, após uma fase inicial de resfriamento, a SN 2023vbw subiu de forma constante até atingir um pico de brilho por volta de 190 dias.

Apresentou também um rápido declínio em seu brilho entre 190 e 230 dias. Após o enfraquecimento, a curva da explosão estabilizou-se em um platô de declínio lento chamado de "cauda". A energia total irradiada, em torno de 3 × 10⁵⁰ ergs , é mais de dez vezes maior que a de uma supernova do tipo II normal.

Durante a ascensão, a explosão estabilizou-se numa temperatura quase constante, enquanto a sua camada externa continuava a expandir-se. Este comportamento requer uma fonte de aquecimento interna grande e contínua, ao contrário das supernovas típicas do tipo II.

À medida que a supernova se dissipava, linhas de emissão proibidas começaram a surgir e, na fase de cauda, ​​as linhas de hidrogênio desenvolveram um perfil multicomponente com um componente deslocado para o vermelho, indicando a interação do material ejetado com uma camada em forma de disco de material que a estrela havia expelido antes de morrer.

Um culpado 'azul'

A modelagem da curva de luz sugeriu que a explosão provavelmente se originou de uma estrela supergigante azul extraordinária. A morfologia da curva de luz se assemelha bastante à da SN 1987A, uma supernova do Tipo II que também teve origem em uma estrela supergigante azul compacta. No entanto, a SN 2023vbw apresenta uma luminosidade significativamente maior e uma escala de tempo mais longa, indicando uma progenitora muito mais massiva. 

A massa ejetada é estimada entre 170 e 350 massas solares, e a energia cinética da explosão foi de 60 a 130 vezes maior que a energia máxima que uma supernova comum de colapso de núcleo de ferro pode produzir.

A baixa metalicidade do ambiente hospedeiro — aproximadamente um décimo da do Sol — está dentro das previsões teóricas para supernovas de instabilidade de pares.

A equipe também sugere que a estrela supergigante azul pode ter se formado através da fusão de duas estrelas massivas em um sistema binário. Esse mecanismo de formação explicaria naturalmente a densa camada de material em forma de disco com a qual o material ejetado interagiu.

No entanto, a equipe explica em seu artigo que ainda existem incertezas significativas: ainda não está claro se estrelas muito massivas terminam suas vidas como supergigantes vermelhas ou azuis, e quando exatamente durante sua vida tal fusão ocorreria.

Autodestruição

Supernovas de instabilidade de pares ocorrem em estrelas tão massivas que as temperaturas extremas em seus núcleos causam a produção de pares elétron-pósitron. Isso remove a pressão de radiação que sustenta a estrela contra a força gravitacional interna, desencadeando uma explosão termonuclear descontrolada tão violenta que consome a estrela inteira. Como resultado, não se espera que reste nenhuma estrela de nêutrons ou buraco negro.

Prevê-se que estrelas com massas iniciais de aproximadamente 140 a 260 massas solares e baixa metalicidade tenham esse destino, e as propriedades modeladas da SN 2023vbw se enquadram bem nesse regime.

Por estar muito próxima de nós, "a SN 2023vbw permanece suficientemente brilhante para permitir observações contínuas em múltiplas faixas de comprimento de onda, que revelarão a história de perda de massa de sua progenitora e a nucleossíntese explosiva", escreve a equipe.

A equipe observa que os próximos levantamentos com o Observatório Vera Rubin e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman deverão encontrar dezenas a centenas desses eventos, finalmente revelando as mortes e a evolução das estrelas mais massivas do universo.

Phys.org