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Interpretação artística de 2019ehk. A estrela liberou gás (em roxo) logo antes da explosão e então criou um material rico em cálcio (em laranja). Crédito: Aaron M. Geller
Observações sem precedentes iluminam os momentos finais de uma estrela compacta
A maior parte do cálcio do universo - incluindo o próprio cálcio em nossos dentes e ossos - foi criado no último suspiro de estrelas moribundas.
Chamadas de “supernovas ricas em cálcio”, essas explosões estelares são tão raras que os astrofísicos têm lutado para encontrá-las e posteriormente estudá-las. A natureza dessas supernovas e seu mecanismo para criar cálcio, portanto, permaneceram indefinidos.
Agora, uma equipe liderada pela Northwestern University potencialmente descobriu a verdadeira natureza desses eventos raros e misteriosos. Pela primeira vez, os pesquisadores examinaram uma supernova rica em cálcio com imagens de raios-X, que forneceram um vislumbre sem precedentes da estrela durante o último mês de sua vida e explosão final.
As novas descobertas revelaram que uma supernova rica em cálcio é uma estrela compacta que libera uma camada externa de gás durante os estágios finais de sua vida. Quando a estrela explode, sua matéria colide com o material solto dessa camada externa, emitindo raios-X brilhantes. A explosão geral causa temperaturas intensamente quentes e alta pressão, levando à fusão nuclear para produzir cálcio.
“Esses eventos são tão poucos que nunca soubemos o que produziu uma supernova rica em cálcio”, disse Wynn Jacobson-Galan , estudante de graduação do primeiro ano da Northwestern que liderou o estudo. “Ao observar o que esta estrela fez em seu último mês antes de atingir seu fim crítico e tumultuado, examinamos um lugar até então inexplorado, abrindo novos caminhos de estudo dentro da ciência transitória”.
“Antes desse evento, tínhamos informações indiretas sobre o que as supernovas ricas em cálcio podem ou não ser”, disse Raffaella Margutti da Northwestern , autora sênior do estudo. “Agora, podemos excluir com segurança várias possibilidades”.
A pesquisa foi publicada hoje (5 de agosto) no The Astrophysical Journal. Quase 70 co-autores de mais de 15 países contribuíram para o artigo.
Margutti é professora assistente de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do CIERA ( Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica ). Jacobson-Galan é um NSF Graduate Research Fellow no grupo de pesquisa de transientes de Margutti.
'Uma colaboração global foi iniciada'
O astrônomo amador Jaroslaw Grzegorzek foi o primeiro a anunciar a notícia de uma nova supernova, batizada de SN 2019ehk, para a comunidade astronômica. O astrônomo mateur Joel Shepherd também avistou a explosão brilhante enquanto observava as estrelas em Seattle e adquiriu a primeira imagem da nova fonte no céu. Ambos os astrônomos estavam observando o Messier 100 (M100), uma galáxia espiral localizada a 55 milhões de anos-luz da Terra, e notaram que um ponto laranja brilhante apareceu no quadro.
“Assim que o mundo soube que havia uma supernova potencial no M100, uma colaboração global foi iniciada”, disse Jacobson-Galan. “Todos os países com um telescópio proeminente voltaram-se para olhar para este objeto”.
Isso incluiu importantes observatórios nos Estados Unidos, como o satélite Swift da NASA, o Observatório WM Keck no Havaí e o Observatório Lick na Califórnia. A equipe da Northwestern, que tem acesso remoto a Keck, foi uma das muitas equipes em todo o mundo que acionou seus telescópios para examinar SN 2019ehk em comprimentos de onda ópticos. Daichi Hiramatsu, estudante de pós-graduação da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, foi o primeiro a fazer com que Swift estudasse SN 2019ehk em raios-X e ultravioleta. Hiramatsu também é afiliado ao Observatório Las Cumbres, uma rede mundial de telescópios robóticos, que desempenhou um papel crucial no monitoramento da evolução de longo prazo desta supernova com sua rede global de telescópios.
A operação mundial de acompanhamento foi tão rápida que a supernova foi observada apenas 10 horas após a explosão. A emissão de raios-X detectada com o Swift durou apenas cinco dias e então desapareceu completamente.
“No mundo dos transientes, temos que descobrir as coisas muito, muito rápido antes que desapareçam”, disse Margutti. “Inicialmente, ninguém estava procurando por raios-X. Daichi percebeu algo e nos alertou sobre a estranha aparência do que parecia ser raios-X. Olhamos as imagens e percebemos que algo estava ali. Era muito mais luminoso do que qualquer pessoa poderia imaginar. Não havia teorias preexistentes de que os transientes ricos em cálcio seriam tão luminosos em comprimentos de onda de raios-X ”.
'O mais rico dos ricos'
Embora todo o cálcio venha das estrelas, as supernovas ricas em cálcio têm o poder mais poderoso. Estrelas típicas criam pequenas quantidades de cálcio lentamente através da queima do hélio ao longo de suas vidas. As supernovas ricas em cálcio, por outro lado, produzem grandes quantidades de cálcio em segundos.
A explosão está tentando esfriar. Ele quer doar sua energia, e a emissão de cálcio é uma maneira eficiente de fazer isso”.
“A explosão está tentando esfriar”, explicou Margutti. “Ele quer doar sua energia, e a emissão de cálcio é uma maneira eficiente de fazer isso”.
Usando Keck, a equipe da Northwestern descobriu que SN 2019ehk emitiu a maior quantidade de cálcio já observado em um evento astrofísico singular.
“Não era apenas rico em cálcio”, disse Margutti. “Era o mais rico dos ricos”.
Descobrindo novas pistas
A breve luminosidade do SN 2019ehk contou a outro uma história sobre sua natureza. Os pesquisadores da Northwestern acreditam que a estrela derramou uma camada externa de gás em seus dias finais. Quando a estrela explodiu, seu material colidiu com essa camada externa para produzir uma explosão energética e brilhante de raios-X.
“A luminosidade nos diz quanto material a estrela derramou e quão próximo esse material estava da estrela”, disse Jacobson-Galan. “Nesse caso, a estrela perdeu uma quantidade muito pequena de material logo antes de explodir. Esse material ainda estava por perto”.
Embora o Telescópio Espacial Hubble tenha observado o M100 nos últimos 25 anos, o poderoso dispositivo nunca registrou a estrela - que estava passando por sua evolução final - responsável pelo SN 2019ehk. Os pesquisadores usaram as imagens do Hubble para examinar o local da supernova antes da explosão ocorrer e dizem que esta é mais uma pista da verdadeira natureza da estrela.
“Provavelmente era uma anã branca ou uma estrela massiva de massa muito baixa”, disse Jacobson-Galan. "Ambos seriam muito fracos".
“Sem essa explosão, você não saberia que algo existiu”, acrescentou Margutti. "Nem mesmo o Hubble conseguiu ver".
O estudo, "SN 2019ehk: Um transiente de pico duplo rico em Ca com emissão luminosa de raios-X e recursos espectrais ionizados por choque", foi apoiado pela National Science Foundation (prêmios números DGE-1842165, PHY-1748958 e AST-1909796.)
Fonte: NorthWestern / Amanda Morris / 12-08-2020
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HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de
Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina
(UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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