Um grupo internacional de astrônomos liderados por Benjamin Thomas, da Universidade do Texas em Austin, usou observações do Telescópio Hobby-Eberly (HET) no Observatório McDonald da universidade para desvendar um mistério intrigante sobre uma explosão estelar descoberta há vários anos e evoluindo até agora . Os resultados, publicados na edição de hoje do The Astrophysical Journal, ajudarão os astrônomos a entender melhor o processo de como as estrelas massivas vivem e morrem.
Quando uma estrela explodindo é detectada pela primeira vez, astrônomos de todo o mundo começam a segui-la com telescópios, pois a luz que emite muda rapidamente ao longo do tempo. Eles vêem a luz de uma supernova ficar mais brilhante, eventualmente atingir o pico e depois começar a escurecer. Ao observar os tempos desses picos e vales no brilho da luz, chamados de “curva de luz”, bem como os comprimentos de onda característicos da luz emitida em diferentes momentos, eles podem deduzir as características físicas do sistema.
“Eu acho que o que é realmente legal sobre esse tipo de ciência é que estamos olhando para a emissão que vem da matéria que foi descartada do sistema progenitor antes de explodir como uma supernova”, disse Thomas. “E então isso faz uma espécie de máquina do tempo.”
No caso da supernova 2014C, a progenitora era uma estrela binária, um sistema em que duas estrelas orbitavam uma à outra. A estrela mais massiva evoluiu mais rapidamente, expandiu-se e perdeu seu manto externo de hidrogênio para a estrela companheira. O núcleo interno da primeira estrela continuou queimando elementos químicos mais leves em mais pesados, até ficar sem combustível. Quando isso aconteceu, a pressão externa do núcleo que sustentava o grande peso da estrela caiu. O núcleo da estrela entrou em colapso, provocando uma explosão gigantesca.
Isso a torna um tipo de supernova que os astrônomos chamam de “Tipo Ib”. Em particular, as supernovas do Tipo Ib são caracterizadas por não apresentarem nenhum hidrogênio em seu material ejetado, pelo menos no início.
Thomas e sua equipe têm acompanhado o SN 2014C de telescópios no Observatório McDonald desde sua descoberta naquele ano. Muitas outras equipes ao redor do mundo também o estudaram com telescópios no solo e no espaço, e em diferentes tipos de luz, incluindo ondas de rádio do Very Large Array baseado no solo, luz infravermelha e raios X do sistema espacial. Observatório Chandra.
Mas os estudos do SN 2014C de todos os vários telescópios não resultaram em uma imagem coesa de como os astrônomos pensavam que uma supernova do Tipo Ib deveria se comportar.
Por um lado, a assinatura óptica do Telescópio Hobby-Eberly (HET) mostrou que o SN 2014C continha hidrogênio – uma descoberta surpreendente que também foi descoberta independentemente por outra equipe usando um telescópio diferente.
“Para uma supernova Tipo Ib começar a mostrar hidrogênio é completamente estranho”, disse Thomas. “Há apenas um punhado de eventos que se mostraram semelhantes.”
Em segundo lugar, o brilho óptico (curva de luz) desse hidrogênio estava se comportando de forma estranha.
A maioria das curvas de luz do SN 2014C – rádio, infravermelho e raios X – seguiu o padrão esperado: elas ficaram mais brilhantes, atingiram o pico e começaram a cair. Mas a luz óptica do hidrogênio permaneceu estável.
“O mistério com o qual lutamos foi ‘Como encaixamos nossas observações do Texas HET de hidrogênio e suas características nessa imagem [Tipo Ib]?'”, disse o professor da UT Austin e membro da equipe J. Craig Wheeler.
O problema, a equipe percebeu, era que os modelos anteriores desse sistema supunham que a supernova havia explodido e enviado sua onda de choque de maneira esférica. Os dados do HET mostraram que essa hipótese era impossível – algo mais deve ter acontecido.
“Isso simplesmente não caberia em uma imagem esfericamente simétrica”, disse Wheeler.
A equipe propõe um modelo em que os envelopes de hidrogênio das duas estrelas no sistema binário progenitor se fundiram para formar uma “configuração de envelope comum”, onde ambos estavam contidos em um único envelope de gás. O par então expeliu esse envelope em uma estrutura semelhante a um disco em expansão ao redor das duas estrelas. Quando uma das estrelas explodiu, seu material ejetado em movimento rápido colidiu com o disco de movimento lento e também deslizou ao longo da superfície do disco em uma “camada limite” de velocidade intermediária.
A equipe sugere que essa camada limite é a origem do hidrogênio que eles detectaram e estudaram por sete anos com HET.
Assim, os dados HET acabaram sendo a chave que desvendou o mistério da supernova SN 2014C.
“Em um sentido amplo, a questão de como as estrelas massivas perdem sua massa é a grande questão científica que estávamos perseguindo”, disse Wheeler. “Quanta massa? Onde está? Quando foi ejetado? Por qual processo físico? Essas eram as questões macro que estávamos procurando.
“E 2014C acabou sendo um evento único realmente importante que ilustra o processo”, disse Wheeler.
Publicado em 01/05/2022 13h13
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