Este trabalho é baseado em observações do Chandra dos restos de uma supernova chamada Cassiopeia A (Cas A), localizada em nossa galáxia a cerca de 11.000 anos-luz da Terra. Este é um dos mais jovens remanescentes de supernova conhecidos, com uma idade de cerca de 350 anos.
Durante anos, os cientistas lutaram para entender como estrelas massivas - aquelas com massa cerca de 10 vezes a do Sol - explodem quando ficam sem combustível. Este resultado fornece uma nova pista valiosa.
"Os cientistas acham que a maior parte do titânio usado em nossas vidas diárias - como na eletrônica ou em joias - é produzida na explosão de uma estrela massiva", disse Toshiki Sato, da Universidade Rikkyo no Japão, que liderou o estudo publicado na revista Nature . "No entanto, até agora os cientistas nunca foram capazes de capturar o momento logo após a fabricação do titânio estável".
Quando a fonte de energia nuclear de uma estrela massiva se esgota, o centro colapsa sob a gravidade e forma um denso núcleo estelar chamado estrela de nêutrons ou, com menos frequência, um buraco negro. Quando uma estrela de nêutrons é criada, o interior da estrela massiva em colapso ricocheteia na superfície do núcleo estelar, revertendo a implosão.
O calor desse evento cataclísmico produz uma onda de choque - semelhante a um estrondo sônico de um jato supersônico - que se espalha pelo resto da estrela condenada, produzindo novos elementos por meio de reações nucleares. No entanto, em muitos modelos de computador desse processo, a energia é rapidamente perdida e a jornada da onda de choque para fora é paralisada, evitando a explosão da supernova.
Simulações de computador tridimensionais recentes sugerem que os neutrinos - partículas subatômicas de massa muito baixa - feitos na criação da estrela de nêutrons desempenham um papel crucial na condução de bolhas que se afastam da estrela de nêutrons. Essas bolhas continuam impulsionando a onda de choque para disparar a explosão da supernova.
Com o novo estudo de Cas A, a equipe descobriu evidências poderosas para uma explosão impulsionada por neutrino. Nos dados do Chandra, eles descobriram que as estruturas em forma de dedo apontando para longe do local da explosão contêm titânio e cromo, coincidindo com fragmentos de ferro previamente detectados com o Chandra. As condições necessárias para a criação desses elementos nas reações nucleares, como temperatura e densidade, correspondem às das bolhas nas simulações que impulsionam as explosões.
"Nunca vimos essa assinatura de bolhas de titânio em um remanescente de supernova antes, um resultado que só foi possível com as imagens incrivelmente nítidas do Chandra", disse o co-autor Keiichi Maeda, da Universidade de Kyoto, no Japão. "Nosso resultado é um passo importante para resolver o problema de como essas estrelas explodem como supernovas".
"Quando a supernova aconteceu, fragmentos de titânio foram produzidos nas profundezas da estrela massiva. Os fragmentos penetraram na superfície da estrela massiva, formando a borda do remanescente da supernova Cas A", disse o co-autor Shigehiro Nagataki do RIKEN Cluster for Pioneering Research no Japão.
Esses resultados apóiam fortemente a ideia de uma explosão impulsionada por neutrinos para explicar pelo menos algumas supernovas.
"Nossa pesquisa pode ser o resultado observacional mais importante investigando o papel dos neutrinos na explosão de estrelas massivas desde a detecção de neutrinos da Supernova 1987A", disse o co-autor Takashi Yoshida, da Universidade de Kyoto, no Japão.
Os astrônomos usaram mais de um milhão e meio de segundos, ou mais de 18 dias, do tempo de observação do Chandra em Cas A tirado entre 2000 e 2018. A quantidade de titânio estável produzida em Cas A excede a massa total da Terra.
Esses resultados foram publicados na edição de 22 de abril de 2021 da Nature . Além de Sato, Maeda, Nagataki e Yoshida, os autores do artigo são Brian Grefenstette (Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, Califórnia), Brian J. Williams (Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland), Hideyuki Umeda (Universidade de Tóquio no Japão), Masaomi Ono (Grupo RIKEN para Pesquisa Pioneira no Japão) e Jack Hughes (Universidade Rutgers em Piscataway, Nova Jersey).
O Marshall Space Flight Center da NASA gerencia o programa Chandra. O Chandra X-ray Center do Smithsonian Astrophysical Observatory controla a ciência de Cambridge Massachusetts e as operações de vôo de Burlington, Massachusetts.
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