Estrelas em explosão geram espetáculos de luz dramáticos. Telescópios infravermelhos como o Spitzer podem ver através da névoa e dar uma ideia melhor de quantas vezes essas explosões ocorrem.
Você pensaria que as supernovas – os estertores da morte de estrelas massivas e entre as explosões mais brilhantes e poderosas do universo – seriam difíceis de perder. No entanto, o número dessas explosões observadas nas partes distantes do universo está muito aquém das previsões dos astrofísicos.
Um novo estudo usando dados do telescópio espacial Spitzer recentemente aposentado da NASA relata a detecção de cinco supernovas, que não foram detectadas na luz óptica, nunca tinham sido vistas antes. O Spitzer viu o universo em luz infravermelha, que penetra através das nuvens de poeira que bloqueiam a luz óptica – o tipo de luz que nossos olhos veem e que supernovas não obscurecidas irradiam com mais intensidade.
Para procurar supernovas escondidas, os pesquisadores analisaram as observações do Spitzer de 40 galáxias empoeiradas. (No espaço, a poeira se refere a partículas semelhantes a grãos com consistência semelhante à fumaça.) Com base no número encontrado nessas galáxias, o estudo confirma que as supernovas realmente ocorrem com a frequência esperada pelos cientistas. Essa expectativa é baseada na compreensão atual dos cientistas de como as estrelas evoluem. Estudos como esse são necessários para melhorar essa compreensão, seja reforçando ou desafiando certos aspectos dela.
“Esses resultados com o Spitzer mostram que as pesquisas ópticas nas quais confiamos há muito tempo para detectar supernovas perdem até metade das explosões estelares que acontecem no universo”, disse Ori Fox, cientista do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland, e principal autor do novo estudo, publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “É uma notícia muito boa que o número de supernovas que estamos vendo com o Spitzer é estatisticamente consistente com as previsões teóricas.”
A “discrepância de supernovas” – isto é, a inconsistência entre o número de supernovas previstas e o número observado por telescópios ópticos – não é um problema no universo próximo. Lá, as galáxias diminuíram o ritmo de formação de estrelas e geralmente são menos empoeiradas. Em regiões mais distantes do universo, porém, as galáxias parecem mais jovens, produzem estrelas em taxas mais altas e tendem a ter maiores quantidades de poeira. Essa poeira absorve e espalha a luz óptica e ultravioleta, impedindo-a de alcançar os telescópios. Portanto, os pesquisadores há muito raciocinam que as supernovas perdidas devem existir e são simplesmente invisíveis.
“Como o universo local se acalmou um pouco desde seus primeiros anos de formação de estrelas, vemos o número esperado de supernovas com buscas ópticas típicas”, disse Fox. “A porcentagem de detecção de supernova observada diminui, no entanto, conforme você se afasta e volta às épocas cósmicas onde galáxias mais empoeiradas dominavam.”
Detectar supernovas a essas distâncias pode ser um desafio. Para realizar uma busca por supernovas envoltas em reinos galácticos mais sombrios, mas a distâncias menos extremas, a equipe de Fox selecionou um conjunto local de 40 galáxias sufocadas por poeira, conhecidas como galáxias infravermelhas luminosas e ultraluminosas (LIRGs e ULIRGs, respectivamente). A poeira em LIRGs e ULIRGs absorve luz óptica de objetos como supernovas, mas permite que a luz infravermelha desses mesmos objetos passe sem obstrução para telescópios como o Spitzer para detectar.
O palpite dos pesquisadores se mostrou correto quando as cinco supernovas nunca antes vistas chegaram à luz (infravermelha). “É uma prova do potencial de descoberta de Spitzer que o telescópio foi capaz de captar o sinal de supernovas escondidas dessas galáxias empoeiradas”, disse Fox.
“Foi especialmente divertido para vários de nossos alunos de graduação contribuir de forma significativa para essa pesquisa empolgante”, acrescentou o co-autor do estudo Alex Filippenko, professor de astronomia da Universidade da Califórnia, Berkeley. “Eles ajudaram a responder à pergunta: ‘Para onde foram todas as supernovas?'”
Os tipos de supernovas detectados pelo Spitzer são conhecidos como “supernovas de colapso do núcleo”, envolvendo estrelas gigantes com pelo menos oito vezes a massa do Sol. À medida que envelhecem e seus núcleos se enchem de ferro, as grandes estrelas não conseguem mais produzir energia suficiente para suportar sua própria gravidade e seus núcleos entram em colapso repentina e catastroficamente.
As pressões e temperaturas intensas produzidas durante o rápido desmoronamento formam novos elementos químicos por meio da fusão nuclear. As estrelas em colapso acabam se recuperando de seus núcleos ultradensos, explodindo em pedacinhos e espalhando esses elementos por todo o espaço. As supernovas produzem elementos “pesados”, como a maioria dos metais. Esses elementos são necessários para a construção de planetas rochosos, como a Terra, e também de seres biológicos. No geral, as taxas de supernova servem como uma verificação importante nos modelos de formação de estrelas e na criação de elementos pesados no universo.
“Se você souber quantas estrelas estão se formando, poderá prever quantas estrelas explodirão”, disse Fox. “Ou, vice-versa, se você tem uma ideia de quantas estrelas estão explodindo, pode prever quantas estrelas estão se formando. Entender essa relação é fundamental para muitas áreas de estudo em astrofísica.”
Telescópios de próxima geração, incluindo o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA e o Telescópio Espacial James Webb, detectarão luz infravermelha, como o Spitzer.
“Nosso estudo mostrou que os modelos de formação de estrelas são mais consistentes com as taxas de supernovas do que se pensava”, disse Fox. “E ao revelar essas supernovas ocultas, Spitzer preparou o terreno para novos tipos de descobertas com os telescópios espaciais Webb e Roman.”
Publicado em 05/08/2021 13h06
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