Um bilhão de anos atrás, algo na escuridão rodopiante do espaço irrompeu com uma fúria que obscureceu o brilho de galáxias inteiras. Eventualmente, a luz desse cataclismo atingiu a Terra e, em novembro de 2016, foi capturada por um grupo de humanos intrépidos no satélite Gaia da Agência Espacial Europeia. Eles descobriram que a conflagração não era apenas insondável e enérgica, mas, como uma fogueira solitária, continuava queimando, escurecendo tão lentamente que seu brilho ainda pode ser visto anos depois de começar.
Essa não era uma supernova típica, os fogos de artifício no final da vida de uma estrela massiva. Esse evento veio de uma estrela tão gigantesca – pelo menos 100 vezes a massa do nosso próprio sol – que sua morte foi diferente de quase tudo o que os cientistas já viram. Estrelas desse tamanho provavelmente eram comuns no universo primitivo, mas se tornaram extremamente raras. Até sua localização era estranha; apareceu a 54.000 anos-luz de distância do nexo de sua galáxia anã, longe de qualquer lugar que você pensarira em encontrar um flash misterioso como esse.
Conforme relatado em agosto no The Astrophysical Journal, a natureza surpreendente do fenômeno o torna um forte candidato a um dos dois tipos de piras estelares altamente evasivas e ainda hipotéticas. E como a estrela supermassiva que explodiu representa um grande substituto das estrelas efêmeras que existiam nos primeiros capítulos do universo, o evento poderia ajudar os astrônomos a entender melhor esse capítulo da nossa história cósmica há muito tempo.
A princípio, a SN 2016iet – como a explosão foi nomeada – foi vista como uma supernova super brilhante, nada muito incomum à primeira vista.
Mas esse evento foi notavelmente enérgico. “Estávamos esperando e esperando que tudo acabasse”, disse Edo Berger, astrônomo da Universidade de Harvard e co-autor do novo estudo. “Mas toda vez que fomos ao telescópio e o observamos novamente, ele ainda estava lá, desaparecendo tão lentamente.”
Pela lógica das convulsões estelares, uma explosão tão grande deve ter vindo de uma estrela igualmente grande. Estrelas supermassivas são raras; eles queimam furiosamente e têm vida curta. “Eles são as estrelas mais brilhantes do céu, assim como as celebridades, exigem nossa atenção”, disse Brian Fields, astrofísico da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign, que não participou do estudo.
A equipe descobriu que a SN 2016iet ocorreu em uma área carente de metais – o termo genérico que os astrônomos usam para todos os elementos mais pesados ??que o hidrogênio ou o hélio. Os metais nas estrelas os ajudam a liberar bastante material ao longo de suas vidas, de modo que, no final de suas vidas, eles geralmente tenham uma massa menor do que o que começaram. Estrelas sem metais não podem lançar material facilmente e tendem a permanecer supermassivas.
A estrela que fez a SN 2016iet certamente era de primeira geração. Usando modelos de explosões estelares, a equipe estima que a estrela original tenha entre 120 e 260 vezes a massa de nosso sol quando começou a queimar seu combustível de hidrogênio a pleno vapor.
Isso faz do SN 2016iet uma oportunidade extraordinária.
O universo primitivo praticamente não continha metais, já que as estrelas ainda não os haviam produzido. Estrelas primordiais, os primeiros metalúrgicos, criaram os elementos pesados ??que ajudaram a criar futuras gerações de estrelas e, eventualmente, planetas. Fields disse que essas primeiras estrelas eram efetivamente as “primeiras sementes da vida”. Eles também eram “um dos primeiros faróis que iluminaram o universo e terminaram a idade das trevas”.
Eles provavelmente eram supermassivos também, o que faz da estrela que causou o SN 2016iet uma prévia de como eles podem ter se apresentado e se comportado. Talvez eles também tenham sido responsáveis ??pelos primeiros buracos negros, disse Stan Woosley, astrofísico da Universidade da Califórnia em Santa Cruz. Esses primeiros buracos negros podem ter se transformado em monstros que existem hoje no coração das galáxias.
O tamanho da estrela desempenhará um papel enorme na determinação exata de que tipo de calamidade luminosa a explosão foi. Pode ser um dos dois tipos de eventos imensamente energéticos que, atualmente, existem apenas na teoria.
Todas as estrelas, incluindo o Sol, jogam um jogo de equilíbrio gravitacional: a imensa gravidade de uma estrela tenta colapsá-la em um ponto, mas a energia do forno termonuclear no núcleo da estrela gera uma pressão externa, empurrando para trás.
Em algumas das estrelas mais supermassivas, com os referidos fornos queimando a temperaturas tremendamente altas, muitos pares de matéria-antimatéria são criados. Parte da energia que de outra forma contribuiria para a luta contra a gravidade é absorvida pela fabricação desses pares. A pressão externa não consegue acompanhar a gravidade, que então domina e faz a estrela encolher.
Colapso gera cataclismo. A estrela se contrai com tanta violência e o núcleo queima tão vigorosamente que “em um pulso, a queima nuclear destrói completamente a estrela”, disse Woosley, que foi fundamental no desenvolvimento da teoria dessas “supernovas de instabilidade de pares”. É ” provavelmente a explosão termonuclear mais violenta do universo moderno “, afirmou. As explosões são tão completas que a estrela inteira é apagada e nada é deixado para trás para formar um buraco negro.
Se uma estrela tem uma massa total mais baixa, mas ainda é massiva o suficiente para a interferência desses pares traquinas, ela se contrai e queima, mas não agressivamente o suficiente para ser despedaçada. A estrela se recupera, lançando uma gigantesca camada de matéria movendo-se a milhares de quilômetros por segundo no universo. O processo se repete com o tempo. As conchas recém-ejetadas colidem com conchas mais antigas, produzindo enormes rajadas de luz. Eventualmente, perde-se tanta massa que a criação de novos pares não afeta significativamente a estrela e morre em um cenário clássico de formação de buracos negros.
Isso é conhecido como uma “supernova pulsacional de instabilidade de pares”. Para criar uma dessas, a estrela original durante sua fase de queima de hidrogênio deve ter uma massa pelo menos 90 vezes maior que a do sol, disse Woosley. Uma supernova de instabilidade total de pares requer uma estrela cuja massa durante sua fase de queima de hidrogênio tenha sido de 140 massas solares. Com um mínimo de 120 massas solares, a SN 2016iet poderia se encaixar em uma dessas histórias. Berger explicou que quanto mais a SN 2016iet continuar produzindo um brilho posterior, mais altas serão as estimativas da massa da estrela.
No entanto, nenhum dos modelos de ruína estelar se encaixa perfeitamente.
O evento teve dois picos de brilho, o que pode representar conchas de matéria colidindo. Mas os modelos dizem que o tempo entre os picos deve ser em escalas de tempo de séculos, não em 100 dias. Além disso, se esse era o tipo pulsacional, disse Woosley, o evento seria muito brilhante por muito tempo. A SN 2016iet também derramou muita massa em apenas uma década antes da explosão final, disse Berger – muita massa e tarde demais difícil de se encaixar nos modelos.
Outra pergunta intrigante é como essa explosão ocorreu a 54.000 anos-luz de sua galáxia anã hospedeira – uma área que parece carecer de muito material de construção de estrelas. “Como uma estrela como esta poderia se formar efetivamente por si mesma?”, Perguntou Berger.
Uma ideia é que o evento tenha acontecido dentro de uma galáxia, mas não podemos ver porque está sendo ofuscado pela explosão, disse Sebastian Gomez, estudante de Harvard e principal autor do novo estudo. A equipe está agora recrutando a ajuda do venerável Telescópio Espacial Hubble para procurá-lo.
Com as características difíceis de explicar do SN 2016iet, existem duas possibilidades. A primeira é que os modelos teóricos para supernovas com instabilidade de pares precisam ser ajustados para corresponder às observações. Como alternativa, o evento não é um tipo de morte estelar, mas, nesse caso, “terá que ser algo realmente complicado”, disse Gomez, “ou algo que não sabemos”.
A equipe continuará observando a SN 2016iet para ver se realmente é um dos dois tipos de supernova. De qualquer forma, provavelmente não será um evento tão raro por muito mais tempo.
Fields explicou que o grande telescópio de pesquisa sinóptica, que pode ver todo o céu disponível em apenas três noites, está sendo construído no Chile. Quando estiver pronto, por volta de 2022, permitirá que os cientistas “vejam tudo o que se move, pisca, explode ou explode”.
Os astrônomos encontrarão, ele disse, mais supernovas a cada ano do que em toda a história humana até hoje. Estrelas mais bestiais com mortes complicadas também serão identificadas, e nossa compreensão delas dará um salto gigantesco.
Até então, a busca por essas mortes monstruosas hipotéticas continua. “Sabemos que essas coisas devem estar por aí”, disse Woosley. “Pelo menos eu faço algo para achá-las.”
Publicado em 19/09/2019
Artigo original: https://www.quantamagazine.org/long-lived-stellar-blast-kindles-hope-of-a-pair-instability-supernova-20190912/
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