Supernovas são energizadas por magnetars?

A descoberta recente de supernovas de tipo II anormalmente luminosas e muito distantes induziram pesquisadores a pensar que poderiam estar presenciando a explosão de estrelas por um processo, proposto por teóricos em finais dos anos 60, designado de par instável.

© ESO/L.Calçada (magnetar)

A luminosidade de uma supernova, mais concretamente, o tempo que demora a atingir o brilho máximo e o intervalo de tempo durante o qual consegue manter um brilho elevado, depende quase exclusivamente da quantidade de um isótopo radioativo de Níquel, o ⁵⁶Ni, que é formado durante a fase inicial da explosão. Nas semanas e meses seguintes a supernova brilha em resultado dos raios gama produzidos pelos decaimentos do ⁵⁶Ni num isótopo de Cobalto, o ⁵⁶Co, e deste último num isótopo estável do Ferro, o ⁵⁶Fe. Uma supernova de tipo II normal produz aproximadamente uma massa solar de ⁵⁶Ni. Supernovas muito luminosas têm de produzir uma grande quantidade de ⁵⁶Ni durante a explosão; cada uma das supernovas estudadas foi tão luminosa que deveria ter produzido algumas dezenas de massas solares deste isótopo.

Só estrelas muito maciças, estrelas com massas superiores a aproximadamente 150 vezes a massa do Sol, e com baixo teor em “metais”, elementos mais pesados do que o hidrogênio e hélio, conseguiriam produzir tal quantidade de ⁵⁶Ni. Estrelas como estas são muito raras no Universo atual pois a maior parte do material interestelar, a partir do qual se formam as estrelas, está contaminado com “metais” produzidos por gerações sucessivas de estrelas; por outro lado, seriam mais abundantes quando o Universo era mais jovem. Estrelas tão maciças não explodem pelo mecanismo de colapso gravitacional, como é o caso das supernovas de tipo II (com linhas de hidrogênio no espectro), mas antes pelo referido processo de par instável. O interior destas estrelas é extremamente quente devido à enorme massa e à compressão resultante. Num determinado momento a energia dos fótons de raios gama no interior da estrela, que sustentam o peso das camadas exteriores, pode tornar-se tão elevada que os fótons se transformam espontaneamente em pares de elétron-pósitron, daí a palavra par. Esta reação absorve uma fração importante da energia disponível para manter a estrela em equilíbrio, daí a palavra instável, e a zona nuclear começa a contrair-se rapidamente. Ao contrário do que acontece num colapso gravitacional clássico, no entanto, esta contração aumenta as temperaturas no interior até um nível que deflagra uma cadeia de reações de fusão nuclear de forma descontrolada, as quais libertam energia suficiente para vencer a gravidade e destruir por completo a estrela. Trata-se de um mecanismo semelhante ao de uma bomba termonuclear, a bomba de hidrogênio.

Ao observar estas supernovas tão luminosas a bilhões de anos no passado, os astrônomos sugeriram, naturalmente, que poderiam tratar-se dos primeiros exemplos de supernovas de par instável. Entretanto, um artigo agora propõe um cenário alternativo para explicar a luminosidade destas supernovas. Matt Nicholl, do Astrophysics Research Centre, Queen’s School of Mathematics and Physics, e os seus colaboradores, realizaram cálculos que sugerem que estas supernovas podem ser mais normais, resultantes do colapso gravitacional de estrelas progenitoras com características menos extremas do que as avançadas pelo cenário anterior; no novo cenário, a energia suplementar que permitiria uma tal supernova atingir um pico de brilho acima do normal e manter-se brilhante durante mais tempo teria origem numa magnetar, uma estrela de nêutrons com um campo magnético extraordinariamente intenso. As magnetars, formam-se em supernovas de colapso gravitacional em circunstâncias ainda mal compreendidas. São conhecidas apenas 20 destas estrelas de nêutrons em toda a Via Láctea. Estima-se que, no instante em que são criadas, girem em torno do seu eixo de rotação 300 vezes por segundo e tenham um campo magnético mil vezes mas intenso do que o de uma estrela de nêutrons normal e quadrilhões de vezes mais intenso do que o campo magnético terrestre. No cenário apresentado por Nicholl e co-autores, uma magnetar formada numa supernova, perde energia rotacional através do seu campo magnético que, por sua vez, transfere essa energia para o plasma de partículas e núcleos atômicos que forma o remanescente da supernova. Os cálculos realizados pela equipe mostram que a quantidade de energia transferida por este processo de frenagem da magnetar permite explicar de forma quase perfeita as observações existentes das supernovas de luminosidade anormalmente elevada. Este cenário pode também explicar uma outra característica das magnetars: o fato de terem períodos de rotação anormalmente longos (entre 1 e 10 segundos) quando comparadas com outras estrelas de nêutrons, como se, no seu caso, algum mecanismo tivesse sugado essa energia rotacional precocemente.

Fonte: Nature