(Crédito da foto: ESA/Hubble)
O ano de 2022 está começando com um estrondo com esta supernova maciça.
Cientistas do Instituto de Ciências Weizmann de Israel, em Rehovot, conseguiram testemunhar a explosão de uma enorme estrela Wolf-Rayet, uma supernova que muitos cientistas supõem que deveria ter sido impossível.
Essa observação, detalhada em um estudo publicado na revista acadêmica Nature, deu provas de algo que só existia até então como teoria e nunca havia sido visto antes.
Uma supernova é essencialmente uma estrela em explosão. É um dos dois destinos de uma estrela quando chega ao fim de seu ciclo de vida, não sendo mais capaz de produzir energia em seu núcleo.
Estrelas de todos os tipos são alimentadas por essa produção de energia em seus núcleos, que vê a energia produzida pela fissão nuclear fundir elementos mais leves para formar os mais pesados. É esse processo que mantém a estrela quente, permitindo que os gases se expandam enquanto simultaneamente atraem sua massa em direção ao núcleo em um delicado equilíbrio gravitacional.
Quando uma estrela não pode mais produzir essa energia, um processo que leva milhões ou bilhões de anos, uma de duas coisas acontece. No caso de estrelas do tamanho do nosso Sol ou menores, isso resultará no colapso da estrela para formar uma anã branca.
Mas para estrelas grandes o suficiente, em torno de oito a 15 massas solares no mínimo, causa uma supernova, que vê os elementos pesados explodindo pelo espaço em uma exibição explosiva. Isso, por sua vez, resulta em vários resultados para esses elementos e o resto do universo. Para a própria estrela progenitora, no entanto, geralmente resulta em um de dois resultados: ou é completamente destruída ou colapsa sobre si mesma para formar uma estrela de nêutrons (se a estrela original fosse grande o suficiente) ou um buraco negro.
Os buracos negros são um fenômeno astronômico desconcertante por si só, mas as supernovas, uma vez consideradas ocorrências extremamente raras para os estudiosos testemunharem, tornaram-se melhor compreendidas à medida que o tempo e o progresso científico avançavam.
O reitor da Faculdade de Física de Partículas de Weizmann, Prof. Avishay Gal-Yam, o líder do estudo, localizou sete supernovas em quatro anos quando era estudante de doutorado. Hoje, no entanto, com as ferramentas e metodologia corretas, é possível detectar 50 supernovas por dia.
E, no entanto, ainda havia alguns mistérios, especificamente em relação a algumas estrelas massivas.
Existem vários tipos diferentes de estrelas que variam em termos de brilho, tamanho e vida útil. Estrelas como o nosso Sol, por exemplo, têm uma expectativa de vida de cerca de 10 bilhões de anos. As estrelas massivas, no entanto, duram apenas alguns milhões de anos.
Um tipo dessas estrelas massivas é a estrela Wolf-Rayet. Esses corpos estelares grandes e raros diferem de outras estrelas de algumas maneiras, principalmente porque uma ou mais camadas externas de elementos mais leves estão faltando. Isso é notável, pois devido à forma como a fissão nuclear estratificou os elementos em uma estrela, as camadas externas são geralmente compostas por elementos mais leves, enquanto as mais pesadas estão concentradas em direção ao núcleo.
Normalmente, as camadas externas mais externas seriam preenchidas com hidrogênio, o elemento mais leve. No entanto, nas estrelas Wolf-Rayet, este não é o caso. Em vez disso, as camadas mais externas contêm hélio ou mesmo carbono e outros elementos mais pesados.
Não se sabe exatamente por que isso acontece, embora existam teorias, uma das mais notáveis é que os fortes ventos estelares removem essencialmente as camadas mais leves, uma de cada vez, ao longo de várias centenas de milhares de anos. Isso, por sua vez, lhes dá a aparência de decomposição, de desintegração progressiva por um longo período de tempo.
Apesar de sua curta vida útil, nunca houve uma observação definitiva de uma estrela Wolf-Rayet se transformando em supernova. Foi teorizado que eles poderiam existir, no entanto. De fato, suspeitou-se que certos tipos de supernovas se originaram em estrelas Wolf-Rayet, embora isso nunca tenha sido comprovado. Muitos cientistas acabaram suspeitando que, devido às estrelas Wolf-Rayet nunca terem sido detectadas como supernovas permanentes, elas podem não fazê-lo. Em vez disso, eles podem acabar colapsando silenciosamente em um buraco negro sem produzir nenhuma explosão visível.
Mas Gal-Yam e sua equipe provaram que essa suposição é falsa, tendo feito o que os astrônomos de todo o mundo há muito não faziam: encontrar uma supernova originária de uma estrela Wolf-Rayet.
Isso foi feito através do uso da análise da luz emitida pela explosão da supernova. Ao usar uma análise espectroscópica para estudar os comprimentos de onda eletromagnéticos da explosão, é possível que os cientistas identifiquem assinaturas associadas a certos elementos que estão sendo impulsionados pela explosão.
No geral, a equipe identificou alguns elementos como carbono e oxigênio ? ambos esperados em uma supernova. Mas a equipe também encontrou outro elemento que nunca havia sido visto em uma supernova dessa maneira: o Neon, algo já escasso no sistema solar, embora em escala universal muito abundante.
Além disso, eles também chegaram à conclusão de que os materiais que emitiam radiação estavam no espaço ao redor da estrela, não participando dela.
Então, o que tudo isso significa?
De acordo com Gal-Yam, parece apoiar a hipótese sobre como as camadas externas das estrelas Wolf-Rayet são removidas.
Mas como esta é a primeira descoberta desse tipo, pode ser muito cedo para dizer com certeza se é assim que todas as estrelas Wolf-Rayet se transformam em supernovas assim.
“Não podemos dizer neste estágio se todas as estrelas do Wolf-Rayet terminam suas vidas com um estrondo ou não. Pode ser que alguns deles desmoronem silenciosamente em um buraco negro”, disse o professor em um comunicado.
No entanto, é claro que, apesar dessa explosão massiva, nem toda a matéria da estrela estava realmente lá.
“Estimamos que a massa que se dispersou durante a explosão seja provavelmente igual à do Sol ou de uma estrela um pouco menor; a estrela que explodiu era significativamente mais pesada ? tendo uma massa pelo menos 10 vezes maior que a do Sol. Então, onde foi parar a maioria da massa?”
No entanto, é claro que, apesar dessa explosão massiva, nem toda a matéria da estrela estava realmente lá.
“Estimamos que a massa que se dispersou durante a explosão seja provavelmente igual à do Sol ou de uma estrela um pouco menor; a estrela que explodiu era significativamente mais pesada ? tendo uma massa pelo menos 10 vezes maior que a do Sol. Então, onde foi parar a maioria da massa?”
Existe uma possibilidade: a supernova explodiu alguma massa no espaço, mas o resto formou um buraco negro. Mas enquanto o buraco negro não pode ser confirmado, a própria supernova pode ser.
“Uma coisa é certa”, diz Gal-Yam, “este não é o colapso ?silencioso? frequentemente referido no passado. Vale a pena mencionar que desde que esta descoberta foi feita pela primeira vez, outra explosão semelhante de uma estrela Wolf-Rayet foi observada, o que implica que esse fenômeno não é de fato uma ocorrência única. É possível que quanto melhores forem nossos instrumentos de detecção e medição, mais esse tipo de explosão ? hoje considerada rara e exótica ? se tornará uma visão comum.”
Essa descoberta, porém, não é a única grande observação recente de uma supernova. Uma nova observação feita por cientistas usando o telescópio Pan-STARRS no Havaí conseguiu observar recentemente uma estrela supergigante vermelha conhecida como SN 2020tlf se transformando em supernova, testemunhando o processo antes, durante e depois da explosão massiva.
Esses achados têm mais implicações do que pode ser inicialmente evidente. As supernovas não são meras explosões; são funções vitais no universo que desempenham papéis essenciais no funcionamento do cosmos.
A disseminação de materiais por supernovas são essencialmente os blocos de construção para o nascimento de novas estrelas e planetas. É isso que levou à criação de nosso sistema solar e, de fato, nosso próprio planeta e todas as formas de vida que vivem nele.
“Estudamos as origens de toda a matéria, incluindo a encontrada na Terra, e procuramos explicações para muitos dos fenômenos físicos que tendemos a dar como certos”, conclui Gal-Yam. “É nisso que estou pessoalmente interessado ? de onde veio tudo isso? ? e quero ser capaz de responder a esta pergunta da melhor forma e com a maior precisão possível.”
Publicado em 14/01/2022 06h47
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