Uma equipa internacional de astrofísicos observou pela primeira vez a fase mais antiga e fugaz de uma supernova – uma circunstância extraordinária que nos permite aprender detalhes sobre a morte deste tipo de estrela numa enorme explosão. Através de uma série de observações rápidas com Telescópio muito grande (VLT), que será publicado nesta quinta-feira na revista Conquistas da ciênciaOs cientistas documentaram como a explosão inicial teve o formato de uma azeitona e depois foi achatada para ejetar material no vazio do espaço.
Os grandes telescópios normalmente visam supernovas depois de algumas horas cruciais desde a sua detecção inicial e a explosão já destruiu material e cercou a estrela moribunda. Neste caso, a equipa de Yi Yang, professor assistente da Universidade Tsinghua, em Pequim, China, pensou em solicitar uma observação rápida desta zona do céu pelo VLT na noite de 10 de abril de 2024.
Quando a explosão da supernova SN 2024ggi foi descoberta, Ian tinha acabado de pousar em São Francisco após um longo vôo e sabia que precisava agir rapidamente. Doze horas depois, ela apresentou uma proposta de observação ao ESO, que, após um processo de aprovação muito rápido, apontou o seu telescópio VLT no Chile para a supernova no dia 11 de abril, apenas 26 horas após a detecção inicial.
matéria acelerada
A Supernova SN 2024ggi está localizada na galáxia NGC 3621, na direção da constelação de Hidra, a apenas 22 milhões de anos-luz de distância. Com um grande telescópio e o instrumento certo, a equipa internacional sabia que tinha uma oportunidade única de desvendar a forma da explosão logo após esta ter acontecido. “As primeiras observações do VLT capturaram uma fase durante a qual a matéria, acelerada por uma explosão perto do centro da estrela, passou pela sua superfície,” diz Dietrich Baade, astrónomo do ESO na Alemanha e co-autor do estudo. “Em poucas horas, a geometria da estrela e a sua explosão puderam ser observadas em conjunto.”
As primeiras observações do VLT detectaram uma fase durante a qual a matéria, acelerada por uma explosão perto do centro da estrela, passou pela sua superfície.
Dietrich Baade
– Astrônomo do ESO na Alemanha e coautor do estudo.
Este ponto é crítico porque à medida que a onda de choque passa pela superfície liberta uma enorme quantidade de energia; A supernova brilha intensamente e nenhum detalhe pode ser observado. Durante uma curta fase, a forma inicial de “decadência” da supernova pode ser estudada antes que a explosão interaja com o material que rodeia a estrela moribunda.
“A geometria de uma explosão de supernova fornece informações fundamentais sobre a evolução das estrelas e os processos físicos que dão origem a estes espetáculos cósmicos”, explica Yang. Os mecanismos exatos subjacentes às explosões de supernovas de estrelas massivas com mais de oito vezes a massa do Sol ainda são debatidos e são uma das questões fundamentais que os cientistas querem resolver. O progenitor desta supernova foi uma estrela supergigante vermelha com 12–15 vezes a massa do Sol e um raio 500 vezes maior, tornando SN 2024ggi um exemplo clássico de explosão estelar massiva.
“Desintegração” de uma estrela
Sabemos que ao longo da sua vida, uma estrela típica mantém a sua forma esférica como resultado de um equilíbrio muito preciso entre a força gravitacional, que tende a comprimi-la, e a pressão do seu motor nuclear, que tende a expandi-la. Quando a última fonte de combustível acaba, o motor nuclear começa a falhar. Para estrelas massivas, isto marca o início de uma supernova: o núcleo da estrela moribunda entra em colapso, fazendo com que as camadas circundantes de massa caiam sobre ela e saltem para trás. Esta onda de choque viaja para fora, destruindo a estrela.
De acordo com Lifan Wang, coautor e professor da Texas A&M University, nos EUA, os astrônomos conseguiram observar pela primeira vez a forma inicial do “decaimento” da supernova usando uma técnica chamada espectropolarimetria, que fornece informações sobre a geometria da explosão que outros tipos de observações não podem fornecer porque as escalas angulares são muito pequenas. Embora a estrela em explosão apareça como um ponto único, a polarização da sua luz contém pistas ocultas sobre a sua geometria que a equipa conseguiu decifrar.
Estes resultados sugerem um mecanismo físico comum que causa a explosão de muitas estrelas massivas, que exibe simetria axial distinta e opera em grandes escalas.
Yi Yang
– Professor da Universidade Tsinghua em Pequim e autor principal do estudo
Para isso, utilizaram o instrumento FORS2 montado no VLT, que revelou que a explosão inicial do material tinha o formato de uma azeitona. À medida que a explosão se espalhou e colidiu com o material ao redor da estrela, a forma se achatou, mas o eixo de simetria do material ejetado permaneceu o mesmo. “Esses resultados sugerem um mecanismo físico comum que impulsiona a explosão de muitas estrelas massivas, que exibe simetria axial distinta e opera em grandes escalas”, enfatiza Yang.
Com este conhecimento, os astrónomos podem agora descartar alguns dos atuais modelos de supernovas e adicionar novas informações para melhorar outros, levando a uma melhor compreensão das poderosas mortes de estrelas massivas. “Esta descoberta não só redefine a nossa compreensão das explosões estelares, mas também demonstra o que pode ser alcançado quando a ciência ultrapassa os limites,” afirma o co-autor e astrónomo do ESO Ferdinando Patat. “Este é um lembrete poderoso de que a curiosidade, a colaboração e a ação rápida podem desbloquear uma compreensão profunda da física que molda o nosso Universo.”
“Trabalho emocionante”
Miguel Torres, astrofísico do Instituto de Astrofísica da Andaluzia (IAA), considera este “trabalho impressionante e valioso”, cujos resultados têm um grande impacto na física das supernovas de colapso do núcleo (tipos Ibc e II). “Se o ESO não lhes tivesse dado tempo e respondido imediatamente, esta ciência não teria sido obtida”, enfatiza.
Se o ESO não lhes tivesse dado tempo e respondido imediatamente, esta ciência não teria sido obtida.
Michael Torres
– Astrofísico do Instituto de Astrofísica da Andaluzia (IAA)
Segundo o especialista, esses estudos de luz polarizada, poucas horas após a explosão da supernova, colocaram o último prego no caixão dos modelos de explosão que ainda falavam em simetria esférica. “Parece que o modelo preferido é aquele que utiliza processos magnetorotacionais, onde um campo magnético aumentado transportará material ao longo do eixo de rotação do núcleo em colapso”, diz Torres.
Jonay Gonzalez, investigador do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias (IAC), sublinha o enorme valor de obter observações de uma supernova quase desde o início até quase 200 ou 300 dias após a explosão. “Nesse caso, por meio de uma técnica chamada espectropolarimetria, obtiveram informações sobre a geometria da explosão em três dimensões”, ressalta. “Com isso, eles poderão entender como a explosão é direcionada e a partir daí extrair informações sobre como ela ocorre.” Porque os mecanismos exatos pelos quais o colapso de uma estrela é interrompido e uma frente de onda externa é criada ainda não são conhecidos em detalhes, observa ele.
Ao reconstruir a geometria tridimensional das primeiras horas da explosão estelar, puderam constatar que neste caso se tratou de uma explosão assimétrica.
Louis Galbani
– Astrofísico ICE-CSIC
Luis Galbani, astrofísico do ICE-CSIC, também acredita que estamos perante uma observação excepcional. “O objetivo científico era analisar a geometria de uma estrela inicialmente esférica imediatamente após o colapso e ejeção de material”, diz ele. Não se sabe se a explosão se desenvolveu simetricamente, mantendo o mesmo formato esférico da estrela, ou, inversamente, seguiu um eixo preferencial (em formato de azeitona).
“Ao reconstruir a geometria tridimensional das primeiras horas da explosão estelar, conseguiram constatar que neste caso se tratou de uma explosão assimétrica”, afirma o especialista. “Isto não significa que todas as supernovas sejam iguais, mas contradiz a ideia teórica de que todas as explosões são perfeitamente simétricas.” Em suma, conclui Galbani, “esta descoberta muda a nossa compreensão de como as estrelas massivas entram em colapso e como distribuem os elementos pesados que enriquecem o cosmos”.
