Metade de todo o cálcio no universo – incluindo o próprio cálcio em nossos dentes e ossos – foi criada no último suspiro das estrelas que estão morrendo.
Chamadas de “supernovas ricas em cálcio”, essas explosões estelares são tão raras que os astrofísicos têm se esforçado para encontrá-las e posteriormente estudá-las. A natureza dessas supernovas e seu mecanismo para criar cálcio, portanto, permaneceram indescritíveis.
Agora, uma equipe liderada pela Northwestern University potencialmente descobriu a verdadeira natureza desses raros e misteriosos eventos. Pela primeira vez, os pesquisadores examinaram uma supernova rica em cálcio com imagens de raios-X, que proporcionaram uma visão sem precedentes da estrela durante o último mês de sua vida e sua explosão final.
As novas descobertas revelaram que uma supernova rica em cálcio é uma estrela compacta que lança uma camada externa de gás durante os estágios finais de sua vida. Quando a estrela explode, sua matéria colide com o material solto naquela concha externa, emitindo raios-X brilhantes. A explosão geral causa temperaturas intensamente quentes e alta pressão, provocando uma reação química que produz cálcio.
“Esses eventos são tão poucos que nunca soubemos o que produziu a supernova rica em cálcio”, disse Wynn Jacobson-Galan, um estudante de primeiro ano do noroeste que liderou o estudo. “Observando o que essa estrela fez em seu último mês antes de atingir seu fim crítico e tumultuado, espiamos um lugar inexplorado, abrindo novas avenidas de estudo na ciência transitória”.
“Antes deste evento, tínhamos informações indiretas sobre o que as supernovas ricas em cálcio poderiam ou não ser”, disse Raffaella Margutti, da Northwestern, uma das principais autoras do estudo. “Agora, podemos descartar com confiança várias possibilidades”.
A pesquisa será publicada em 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 na Faculdade de Artes e Ciências de Northwestern Weinberg e membro do CIERA (Centro de Pesquisa e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica). Jacobson-Galan é bolsista de pesquisa de pós-graduação da NSF no grupo de pesquisa de transientes de Margutti.
‘Uma colaboração global foi iniciada’
O astrônomo amador Joel Shepherd viu pela primeira vez a explosão brilhante, apelidada de SN2019ehk, enquanto observava as estrelas em Seattle. Em 28 de abril de 2019, Shepherd usou seu novo telescópio para ver o Messier 100 (M100), uma galáxia espiral localizada a 55 milhões de anos-luz da Terra. No dia seguinte, um ponto laranja brilhante apareceu na moldura. Shepherd relatou a anomalia a uma pesquisa astronômica da comunidade.
“Assim que o mundo soube que havia uma supernova em potencial no M100, uma colaboração global foi iniciada”, disse Jacobson-Galan. “Todo país com um telescópio proeminente se virou para olhar para esse objeto.”
Isso incluiu observatórios de destaque nos Estados Unidos, como o Swift Satellite da NASA, W.M. Keck Observatory no Havaí e Lick Observatory na Califórnia. A equipe Northwestern, que tem acesso remoto a Keck, foi uma das muitas equipes em todo o mundo que acionaram seus telescópios para examinar o SN2019ehk em comprimentos de onda ópticos. Daichi Hiramatsu, estudante da Universidade da Califórnia em Santa Barbara, foi a primeira a fazer Swift estudar o SN2019ehk em raios-X e ultravioleta. Hiramatsu também é um cientista da equipe no Observatório Las Cumbres, que desempenhou um papel crucial no monitoramento da evolução a longo prazo dessa supernova com sua rede global de telescópios.
A operação de acompanhamento mundial se moveu tão rapidamente que a supernova foi observada apenas 10 horas após a explosão. A emissão de raios-X detectada com Swift permaneceu por cinco dias e depois desapareceu completamente.
“No mundo dos transitórios, precisamos descobrir as coisas muito, muito rapidamente antes que elas desapareçam”, disse Margutti. “Inicialmente, ninguém estava procurando raios-X. Daichi notou alguma coisa e nos alertou para a estranha aparência do que parecia ser raios-X. Observamos as imagens e percebemos que havia algo lá. Era muito mais luminoso do que qualquer um poderia imaginar. jamais havia pensado. Não havia teorias preexistentes que previssem que os transientes ricos em cálcio seriam tão luminosos nos comprimentos de onda dos raios X. ”
‘O mais rico dos ricos’
Embora todo o cálcio seja proveniente de estrelas, as supernovas ricas em cálcio são as mais poderosas. Estrelas típicas criam pequenas quantidades de cálcio lentamente através da queima de hélio durante toda a vida. As supernovas ricas em cálcio, por outro lado, produzem grandes quantidades de cálcio em segundos.
“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 Northwestern descobriu que o SN 2019ehk emitia o máximo 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 de SN2019ehk contou a outra uma história sobre sua natureza. Os pesquisadores do Noroeste 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 brilhante e energética de raios-X.
“A luminosidade nos diz quanto material a estrela derramou e quão perto 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 próximo”.
Embora o Telescópio Espacial Hubble estivesse observando o M100 nos últimos 25 anos, o poderoso dispositivo nunca registrou a estrela – que estava passando por sua evolução final – responsável pelo SN2019ehk. Os pesquisadores usaram as imagens do Hubble para examinar o local da supernova antes da explosão e dizem que essa 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 alguma coisa estava lá”, acrescentou Margutti. “Nem o Hubble conseguiu vê-lo.”
Publicado em 06/08/2020 07h17
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