Uma equipe de astrônomos do Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ) observou a estrela Nova Delphini 2013, que ocorreu em 14 de agosto de 2013.
© NAOJ (ilustração da explosão de uma nova clássica)
Usando o espectófrafo High Dispersion Spectrograph (HDS) do telescópio Subaru de 8,2 metros para observar esse objeto, eles descobriram que a explosão está produzindo uma grande quantidade de lítio (Li). O lítio é um elemento primordial para o estudo da evolução química do Universo, porque ele provavelmente foi e é produzido de várias formas: através da nucleossíntese do Big Bang, em colisões entre raios cósmicos energéticos e do meio interestelar, dentro interior das estrelas, e como resultado de explosões de novas e supernovas. Esta nova observação fornece a primeira evidência direta para o fornecimento de Li de objetos estelares ao meio galáctico. A equipe espera aprofundar os entendimentos da evolução química galáctica, uma vez que explosões de novas deve ser importantes fornecedores de Li no Universo recente.
O Universo consistia principalmente de hidrogênio (H) e hélio (He) imediatamente após o Big Bang, exceto para quantidades muito pequenas de Li. Uma vez que existem outros elementos mais pesados que H e He no Universo atual, os astrônomos querem entender como os elementos pesados, como o carbono (C), oxigênio (O) e ferro (Fe) são produzidos. Tais elementos pesados são produzidos principalmente no interior das estrelas ou supernovas. Em seguida, eles são fornecidos para o meio interestelar como materiais de sementes para a próxima geração de estrelas.
O Li é o terceiro elemento mais leve seguinte de H e He, e é familiar para nós como o material de base para as baterias de íons de lítio usadas em computadores, telefones inteligentes, carros ecológicos, etc…
A nucleossíntese do Big Bang produziu uma quantidade muito pequena de Li. As colisões entre raios cósmicos galácticos (núcleos atômicos energéticos que viajam com velocidades muito altas) e núcleos atômicos no meio interestelar também são geradores de Li quebrando núcleos de elementos pesados. Estrelas de pequena massa como o Sol, e eventos como explosões de supernovas também são considerados como candidatos de locais de produção de Li. Além disso, os cientistas têm assumido que as novas também devem produzir este elemento.
Uma explosão de uma nova clássica deve ocorrer na superfície de uma anã branca com uma estrela companheira próxima. Quando a distância entre duas estrelas está perto o suficiente, o gás externo do companheira começa a se acumular na superfície da anã branca através de um disco de acreção. A camada mais espessa de gás na anã branca aumenta a sua temperatura e densidade. No interior das estrelas, a energia produzida pelas reações nucleares do núcleo é equilibrada pela gravidade do gás circundante, e, em seguida, a reação torna-se estável. No entanto, a reacção nuclear de uma camada fina de gás sobre a superfície de uma anã branca tem um resultado diferente. A reação nuclear torna-se instável, resultando numa explosão que afasta a camada de gás.
O Li é o melhor indicador para sondar a evolução química completa do Universo, medindo a quantidade de Li encontrado em várias estrelas na Via Láctea. Isto permite estimar a quantidade produzida através de cada processo. Hoje, como resultado dessas abordagens indiretas, estrelas de baixa massa ou explosões de novas são os candidatos mais importantes para a produção de Li na atualmente. No entanto, não houve observações diretas dos processos.
Em 14 de agosto, 2013, o conhecido astrônomo amador japonês Koichi Itagaki encontrou uma nova estrela brilhante na constelação de Delphinus. Esta estrela, que foi nomeado Nova Delphini 2013 (V339 Del), estava com magnitude 6,8 na descoberta e atingiu um pico de 4,3 no prazo de dois dias. Foi a primeira nova vista a olho nu desde 2007, quando a V1280 Sco foi encontrada. Cerca de 40 dias depois, em setembro de 2013, uma equipe de astrônomos observaram a nova investigando os materiais expelidos pela explosão, isto é, descobrindo que a nova produzia uma grande quantidade de Li.
A Nova Delphini 2013 é considerada uma "nova clássica". Elas brilham quando ocorrem reações nucleares explosivas em materiais acumulados na superfície de uma estrela anã branca em um sistema binário próximo. As reações nucleares devem produzir uma série de elementos diferentes (em comparação com os produzidos nos interiores estelares ou explosões de supernovas). O Li é um elemento tipicamente produzido em tais explosões. Historicamente, ninguém foi capaz de obter uma boa evidência observacional para a sua produção em explosões novas.
Quando o grupo de pesquisa observou a Nova Delphini 2013 usando o telescópio Subaru, eles usaram o espectófrafo HDS para discernir os constituintes dos materiais expulsos da explosão da nova em quatro épocas.
As linhas de absorção provenientes de diversos elementos tais como H, He, e Fe são identificadas no espectro observado. Entre eles, há conjuntos de linhas de absorção fortes na faixa ultravioleta (UV) (comprimento de onda de 313 nanômetros) do espectro. Comparando estas linhas com outras linhas provenientes do H, cálcio (Ca), e outros elementos, verifica-se que eles são provenientes de um isótopo de berílio (Be), 7Li, que é o quarto elemento mais leve no Universo.
Em uma nova clássica, os isótopos de He (3He) e o abundante 4He transferidos do companheiro são fundidos para formar o elemento radioativos 7Be num ambiente com temperatura muito alta na superfície de um anã branca. Este isótopo radioativo decai para formar um isótopo de lítio (7Li) dentro de um curto período de tempo, cuja meia-vida é de 53,22 dias. Porque o 7Li é muito frágil em um ambiente de alta temperatura, é necessário transportar 7Be a uma região mais fria, a fim de enriquecer o Li no meio interestelar.
Esta descoberta de 7Be dentro de 50 dias após a explosão da nova significa que esta explosão produz uma grande quantidade de 7Li formado a partir de 7Be. Porque 7Be é encontrado nas bolhas de gás soprado para fora da região central da nova em velocidades elevadas (~ 1.000 km/s), o 7Li formado a partir deste 7Be não deve ser destruído em um ambiente de alta temperatura. Este 7Li se espalha para o espaço interestelar, e será incluído na próxima geração de estrelas. Verificou-se que a abundância 7Be nas bolhas de gás estimadas a partir das forças de suas linhas de absorção é comparável ao do Ca. Esta quantidade de 7Be (= 7Li) deve ser bastante grande, dado que o Li é conhecido como um elemento muito raro no Universo.
A quantidade de Li aumenta rapidamente na galáxia na época atual, em que as quantidades de elementos pesados têm aumentado. Portanto, há muito tempo se especulou que estrelas de baixa massa com vida útil mais longa deve estar entre os principais fornecedores de Li no Universo. Devido as explosões de novas ocorrerem em sistemas binários que evoluíram a partir de tais estrelas de baixa massa (especialmente a companheira rica em 3He, o que é necessário para produzir 7Be), elas são fortes candidatas como fornecedoras de lítio.
As observações usando o espectófrafo HDS fornecem a primeira evidência forte para provar que as novas produzem quantidades significativas de Li no Universo. Esta descoberta confirma o modelo de evolução química do Big Bang até o Universo atual, como previsto por cientistas.
Esta pesquisa intitulada "Explosive lithium production in the classical nova V339 Del (Nova Delphini 2013)" foi publicada hoje na revista Nature.
Fonte: National Astronomical Observatory of Japan
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