Uma equipe de astrônomos descobriu o flash óptico mais rápido de uma supernova Tipo Ia e relata um estudo no Astrophysical Journal Letters publicado em 8 de dezembro.
Muitas estrelas terminam suas vidas por meio de uma explosão espetacular. A maioria das estrelas massivas explodirá como uma supernova. Embora uma estrela anã branca seja o remanescente de uma estrela de massa intermediária como o nosso sol, ela pode explodir se a estrela for parte de um sistema estelar binário próximo, onde duas estrelas orbitam uma em torno da outra. Este tipo de supernova é classificado como supernova do Tipo Ia.
Por causa do brilho uniforme e extremamente alto da supernova Tipo Ia, que é cerca de 5 bilhões de vezes mais brilhante que o nosso Sol, eles são amplamente usados por pesquisadores como uma vela padrão para medições de distância em astronomia. Como o exemplo de maior sucesso, as supernovas Tipo Ia ajudaram os pesquisadores a descobrir a expansão acelerada de nosso universo. Mas, apesar do grande sucesso da cosmologia da supernova Tipo Ia, os pesquisadores ainda estão intrigados com questões básicas como o que são os sistemas progenitores das supernovas Tipo Ia e como as explosões das supernovas Tipo Ia são iniciadas.
Para resolver esses problemas de longa data, uma equipe de astrônomos, liderada pelo Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU), Pesquisador do Projeto Ji-an Jiang, tentou capturar supernovas Tipo Ia um dia após suas explosões, chamada de supernovas de fase inicial Tipo Ia, usando instalações de pesquisa de campo amplo de nova geração, incluindo a câmera Tomo-e Gozen, o primeiro gerador de imagens com sensor CMOS de mosaico de campo amplo do mundo.
Ao verificar regularmente os candidatos de supernova da fase inicial descobertos pela pesquisa de transientes Tomo-e, um transiente, Tomo-e202004aaelb, chamou a atenção de Jiang.
“Tomo-e202004aaelb foi descoberto com alto brilho em 21 de abril de 2020. Surpreendentemente, seu brilho mostrou uma variação significativa nos dois dias seguintes e depois se comportou como uma supernova de fase inicial normal do Tipo Ia. Descobrimos várias supernovas do Tipo Ia de fase inicial que mostram um excesso de emissão interessante nos primeiros dias de suas explosões, mas nunca viram uma emissão precoce tão rápida e proeminente em comprimentos de onda ópticos. Graças ao modo de pesquisa de alta cadência e ao excelente desempenho de Tomo-e Gozen, podemos capturar perfeitamente este recurso surpreendente pela primeira vez. Um flash precoce tão rápido deve se originar de uma origem diferente em comparação com as supernovas Tipo Ia em excesso anteriormente descobertas “, disse Jiang.
Simulações computacionais pelo professor associado da Universidade de Kyoto Keiichi Maeda mostraram que a origem do misterioso flash óptico rápido pode ser explicada pela energia liberada a partir de uma interação entre o material ejetado da supernova e um material circunstelar denso e confinado (CSM) logo após a explosão da supernova.
“Não vimos um flash tão curto e brilhante de supernovas Tipo Ia antes, mesmo com um número crescente de descobertas muito recentes logo após a explosão da supernova nos últimos anos, incluindo aquelas descobertas por nossa equipe. A natureza do CSM deve refletir a natureza da estrela progenitora e, portanto, esta é a chave para entender que tipo de estrela explode e como o faz. A questão é o que torna esta supernova tão especial “, disse Maeda.
Por meio de observações espectroscópicas pelo telescópio Seimei da Universidade de Kyoto, a equipe descobriu que o SN é uma variante das supernovas Tipo Ia mais brilhantes.
“À primeira vista do espectro obtido logo após o flash inicial, ele se destacou como algo diferente das supernovas normais. Notamos que uma classe mais brilhante de supernovas Tipo Ia poderia se parecer com esta se fossem observadas em uma fase tão inicial . Nossa classificação foi subsequentemente confirmada à medida que os espectros evoluem para se parecerem cada vez mais com as supernovas brilhantes do Tipo Ia encontradas anteriormente “, disse Miho Kawabata, pesquisador do projeto da Universidade de Kyoto.
O resultado da equipe mostra que pelo menos uma fração das supernovas do Tipo Ia se originam de um ambiente denso de CSM, que fornece uma restrição estrita ao sistema progenitor desses fenômenos espetaculares em nosso universo. Dado que Tomo-e202004aaelb (SN 2020hvf) é muito mais brilhante do que as supernovas Tipo Ia típicas usadas como indicador de distância, a descoberta permitirá que Jiang e seus colaboradores testem várias teorias que foram propostas para essas supernovas superluminosas Tipo Ia peculiares.
“Anteriormente, construímos modelos teóricos de anãs brancas rotativas de massa super-Chandrasekhar e suas explosões. Esses modelos massivos podem ser consistentes com o brilho máximo de SN 2020hvf, mas é necessário mais trabalho teórico para explicar as propriedades observacionais detalhadas. SN 2020hvf forneceu uma oportunidade maravilhosa de colaboração entre a teoria e as observações. ” disse Kavli IPMU Cientista Sênior Ken’ichi Nomoto.
A equipe de Jiang continuará procurando a resposta para a questão de longa data da origem das supernovas Tipo Ia, realizando pesquisas transitórias com telescópios em todo o mundo.
“Usamos supernovas Tipo Ia para medir a expansão do universo, embora suas origens não sejam bem compreendidas. A fotometria de fase inicial das supernovas Tipo Ia fornece informações exclusivas para entender suas origens e, portanto, deve contribuir para medições mais precisas de a expansão do universo em um futuro próximo “, disse Kavli IPMU Cientista Sênior e Professor da Universidade de Tóquio Mamoru Doi.
Publicado em 12/12/2021 09h43
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