O venerável Telescópio Espacial Hubble nos deu muito durante a história de seu serviço (32 anos, sete meses, seis dias e contando). Mesmo depois de todos esses anos, o observatório versátil e sofisticado ainda está ganhando peso ao lado de adições mais recentes, como o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e outros membros da família dos Grandes Observatórios da NASA. Além de como ainda está realizando campanhas de observação, astrônomos e astrofísicos estão vasculhando os volumes de dados que o Hubble acumulou ao longo dos anos para encontrar ainda mais joias escondidas.
Uma equipe liderada pelo Caltech recentemente fez algumas descobertas muito interessantes nos arquivos do Hubble, onde observaram os locais de seis supernovas para aprender mais sobre suas estrelas progenitoras. Suas observações faziam parte do programa Snapshot do Telescópio Espacial Hubble, onde os astrônomos usam imagens do HST para mapear o ciclo de vida e a evolução de estrelas, galáxias e outros objetos celestes. A partir disso, eles foram capazes de impor restrições ao tamanho, massa e outras características-chave das estrelas progenitoras e o que elas experimentaram antes do colapso do núcleo.
A equipe foi liderada pelo Dr. Schuyler D. Van Dyk, um cientista de pesquisa sênior do Centro de Análise e Processamento de Infravermelhos da Caltech (IPAC). Seus companheiros de equipe incluíam pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, do Observatório Steward da Universidade do Arizona, do Instituto de Astronomia da Universidade do Havaí e da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Minnesota. Suas descobertas foram publicadas em um artigo intitulado “O desaparecimento de seis progenitores de supernova” que aparecerá no Monthly Notices da Royal Astronomical Society.
Como eles indicam em seu artigo, os alvos de seu estudo foram todas as supernovas de colapso do núcleo (SNe) próximas que o Hubble registrou em altas resoluções espaciais. As imagens faziam parte do programa Hubble Snapshot, criado pelo Space Telescope Science Institute (STScI) para fornecer uma grande amostra de imagens para vários alvos. Cada alvo é observado em uma única órbita do Hubble ao redor da Terra entre outros programas de observação, permitindo um grau de flexibilidade que não é possível com outros observatórios.
Para o estudo, Van Dyk e seus colegas examinaram imagens de seis supernovas extragalácticas antes e depois de explodirem – designadas SN 2012A, SN 2013ej, SN 2016gkg, SN 2017eaw, SN 2018zd e SN 2018aoq. Com alvos extragalácticos, os astrônomos têm dificuldade em saber se as estrelas que identificaram eram progenitoras da supernova, dada a distância envolvida. Como Van Dyk disse ao universe Today por e-mail, a única maneira de ter certeza é esperar que a supernova desapareça e confirmar que a estrela progenitora desapareceu:
“Como a explosão da supernova é tão luminosa, temos que esperar alguns anos até que ela desapareça o suficiente para ser menos luminosa do que o progenitor. Em alguns dos casos que mostramos em nosso artigo, há poucas dúvidas de que o a estrela que estava lá antes da explosão agora se foi. Nos outros casos, temos quase certeza, mas a supernova ainda é detectável e é fraca o suficiente para inferirmos que o progenitor desapareceu.”
Em um estudo anterior, Van Dyk e vários colegas que foram coautores deste estudo investigaram outra supernova (iPTF13bvn) cuja estrela progenitora desapareceu. Nesse caso, a equipe de pesquisa baseou-se nos dados obtidos pelo Hubble do site SN – como parte da campanha Ultraviolet Ultra Deep Field (UVUDF) – aproximadamente 740 dias após a explosão da estrela. Em 2013, Van Dyk liderou um estudo que usou imagens de um programa Snapshot anterior para confirmar que o progenitor de SN 2011dh na galáxia Whirlpool (Messier 51) havia desaparecido.
Esses e outros artigos ao longo dos anos mostraram que os candidatos a progenitores podem ser identificados diretamente a partir de imagens pré-explosão. Neste estudo mais recente, Van Dyk e seus colegas observaram supernovas nos estágios posteriores de sua evolução para aprender quais mecanismos as alimentam. Em muitos casos, o mecanismo é o decaimento de núcleos radioativos (em particular, níquel radioativo, cobalto e ferro) que foram sintetizados pela enorme energia da explosão. Mas, como ele explicou, eles suspeitavam que outros mecanismos poderiam estar envolvidos:
“No entanto, temos indicações de que algumas supernovas inevitavelmente têm fontes de energia adicionais – uma possibilidade é que a luz da supernova tenha sido espalhada pela poeira interestelar imediatamente à explosão, na forma de um ‘eco de luz’; outra possibilidade mais provável é que a onda de choque associada à explosão está interagindo com o gás que foi depositado em torno da estrela progenitora pela própria estrela durante o curso da vida da estrela, na forma de vento ou explosão, ou seja, matéria circunstelar. através e interagindo com esta matéria circunstelar pode resultar em energia luminosa que pode persistir por anos, até mesmo por décadas.”
Em resumo, a equipe estava tentando estimar quantas das supernovas que observaram evoluíram por decaimento radioativo versus mecanismos de energia mais exóticos. Seus resultados mostraram que SN 2012A, SN 2018zd e SN 2018aoq desapareceram a ponto de não serem mais detectáveis nas imagens instantâneas do Hubble, enquanto SN 2013ej, SN 2016gkg e SN 2017eaw desapareceram o suficiente. Portanto, eles puderam inferir em todos os seis casos que os progenitores haviam desaparecido. No entanto, nem todos foram o resultado de uma única estrela massiva em colapso do núcleo.
No caso do SN 2016gkg, as imagens adquiridas pela Wide Field Camera 3 (WFC3) do Hubble eram de resolução espacial e sensibilidade muito maiores do que as imagens da galáxia hospedeira, anteriormente obtidas pelo agora aposentado WFC2. Isso permitiu que eles teorizassem que SN 2016gkg não era o resultado de uma única supernova de colapso do núcleo, mas uma estrela progenitora interagindo com uma estrela vizinha.
Disse Van Dyk, “Então, na imagem antiga, o progenitor parecia uma ‘estrela’, enquanto nas novas imagens, pudemos ver que o progenitor tinha que ser espacialmente distinto da estrela vizinha. Portanto, fomos capazes de obter uma melhor estimativa da luminosidade e cor do progenitor, agora não contaminado pelo vizinho, e a partir disso, pudemos fazer algumas novas inferências sobre as propriedades globais do progenitor, ou, neste caso, sistema progenitor, uma vez que caracterizamos o novos resultados usando modelos existentes de sistemas estelares binários.”
Especificamente, eles determinaram que o progenitor pertencia à classe de supernovas de “envelope despojado” (SESNe), na qual o envelope externo rico em hidrogênio H da estrela progenitora foi significativamente ou totalmente removido. Eles estimaram ainda que o progenitor era o primário e seu companheiro era provavelmente uma estrela da sequência principal. Eles até colocaram restrições em suas respectivas massas antes da explosão (4,6 e 17 a 20,5 massas solares, respectivamente).
Depois de consultar imagens tiradas na mesma época por outro programa Snapshot, eles também notaram algo interessante sobre o SN 2017eaw. Essas imagens indicaram que essa supernova era especialmente luminosa na faixa UV (um “excesso ultravioleta”). Ao combinar essas imagens com seus dados, Van Dyk e sua equipe especularam que SN 2017eaw tinha um excesso de luz no UV no momento em que foi observado, o que provavelmente foi causado pela interação entre o choque da supernova e o meio circunstelar em torno desse progenitor.
A equipe também observou que a poeira criada pela explosão de uma supernova é um fator complicador devido à forma como ela esfria à medida que se expande. Essa poeira, disse Van Dyk, pode obscurecer a luz de fontes distantes e levar a complicações nas observações.
“A ressalva aqui, então, é que a estrela que vimos antes da explosão pode não ser a progenitora, por exemplo e – novamente, por causa das distâncias das galáxias hospedeiras – essa estrela está dentro de frações de um pixel do progenitor real (fisicamente, na vizinhança imediata do progenitor), de modo que, se a supernova produziu poeira, essa poeira está efetivamente cobrindo tanto a supernova quanto a estrela vizinha. Isso é possível, mas não excessivamente provável. E se torna um argumento mais difícil de fazer naqueles poucos casos em que nada é visto na posição da supernova anos depois – como apontamos no artigo, isso exigiria enormes quantidades de poeira, o que provavelmente não é fisicamente possível”.
Rastrear as origens das supernovas é uma das muitas maneiras pelas quais os astrônomos podem aprender mais sobre o ciclo de vida das estrelas. Com instrumentos aprimorados, coleta de dados e flexibilidade, eles são capazes de revelar mais sobre como nosso universo evoluiu e continuará a mudar ao longo do tempo.
Publicado em 09/12/2022 17h30
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