Desde que os astrônomos captaram a explosão brilhante de uma estrela no dia 24 de fevereiro de 1987, que os pesquisadores têm procurado o núcleo estelar esmagado que deveria ter sido deixado para trás.
© Chandra/NuSTAR (estrutura no centro da SN 1987A)
Um grupo de astrônomos, usando dados de missões espaciais da NASA e telescópios terrestres, pode finalmente tê-lo encontrado. Como a primeira supernova visível a olho nu em aproximadamente 400 anos, a supernova 1987A (SN 1987A) gerou grande entusiasmo entre os cientistas e rapidamente se tornou um dos objetos mais estudados do céu.
A supernova está localizada na Grande Nuvem de Magalhães, uma pequena galáxia companheira da Via Láctea, a apenas 170.000 anos-luz da Terra. Enquanto os astrônomos assistiam à explosão de detritos para fora do local de detonação, também procuravam o que deveria ter permanecido do núcleo da estrela: uma estrela de nêutrons.
Dados do observatório de raios X Chandra da NASA e dados anteriormente não publicados do NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA, em combinação com dados do ALMA (Atacama Large Millimeter Array) relatados no ano passado, agora apresentam uma coleção intrigante de evidências para a presença da estrela de nêutrons no centro da SN 1987A.
Quando uma estrela explode, colapsa sobre si própria antes que as camadas externas sejam lançadas para o espaço. A compressão do núcleo torna-o um objeto extraordinariamente denso, com a massa do Sol comprimida num objeto com aproximadamente 16 km de diâmetro.
Estes objetos foram apelidados de estrelas de nêutrons, porque são compostos quase exclusivamente por nêutrons densamente compactados. São laboratórios de física extrema que não podem ser replicados aqui na Terra. As estrelas de nêutrons com rápida rotação e altamente magnetizadas, chamadas pulsares, produzem um feixe de radiação semelhante a um farol que são detectados como pulsos quando a sua rotação varre o feixe pelo céu.
Existe um subconjunto de pulsares que produzem ventos das suas superfícies, às vezes quase à velocidade da luz, e que criam estruturas intricadas de partículas carregadas e campos magnéticos conhecidos como "nebulosas de vento pulsar".
Com o Chandra e o NuSTAR, a equipe encontrou raios X de energia relativamente baixa dos detritos de SN 1987A colidindo com o material circundante. Foi também encontrado evidências de partículas altamente energéticas usando a capacidade do NuSTAR em detectar raios X mais energéticos. Existem duas explicações prováveis para esta emissão energética de raios X: ou uma nebulosa de vento de pulsar ou partículas sendo aceleradas a altas energias pela onda de choque da explosão. O último efeito não requer a presença de um pulsar e ocorre a distâncias muito maiores do centro da explosão.
O estudo mais recente de raios X apoia o caso da nebulosa de vento de pulsar, o que significa que a estrela de nêutrons deve estar lá. Primeiro, o brilho dos raios X mais energéticos permaneceu quase o mesmo entre 2012 e 2014, enquanto a emissão de rádio detectada com o ATCA (Australia Telescope Compact Array) aumentou. Isto vai contra as expetativas para o cenário de onda de choque.
Em seguida, estima-se que levaria quase 400 anos para acelerar os elétrons até às energias mais altas vistas nos dados do NuSTAR, período de tempo mais de 10 vezes superior à idade do remanescente.
Será que ainda não passou tempo suficiente para a formação de um pulsar, ou mesmo se a SN 1987A criou um buraco negro?
Os dados do Chandra e do NuSTAR também apoiam um resultado de 2020 do ALMA que forneceu possíveis evidências para a estrutura de uma nebulosa de vento de pulsar na faixa de comprimentos de onda milimétricos. Embora esta "bolha" tenha outras potenciais explicações, a sua identificação como uma nebulosa de vento de pulsar poderia ser comprovada com os novos dados de raios X. Esta é mais uma evidência que apoia a ideia de que existe uma estrela de nêutrons deixada para trás. Se isto for realmente um pulsar no centro de SN 1987A, será o mais jovem já encontrado.
O centro da SN 1987A está rodeado por gás e poeira. Os pesquisadores usaram simulações de última geração para entender como este material absorveria os raios X em diferentes energias, permitindo uma interpretação mais precisa do espectro de raios X, ou seja, a quantidade de raios X em diferentes energias. Isto permite-lhes estimar o aspeto do espectro das regiões centrais de SN 1987A sem o material obscurante.
Como geralmente acontece, são necessários mais dados para fortalecer o caso da nebulosa de vento de pulsar. Um aumento nas ondas de rádio, acompanhado por um aumento nos raios X altamente energéticos em observações futuras seria um argumento contra esta ideia.
Por outro lado, se os astrônomos observarem uma diminuição nos raios X altamente energéticos, então a presença de uma nebulosa de vento de pulsar será corroborada. Os fragmentos estelares ao redor do pulsar desempenham uma função importante, absorvendo fortemente a sua emissão de raios X de baixa energia, tornando-os atualmente indetectáveis.
O modelo prevê que este material se disperse nos próximos anos, o que reduzirá o seu poder de absorção. Assim, a emissão do pulsar deverá surgir daqui a mais ou menos 10 anos, revelando a existência da estrela de nêutrons.
Um artigo que descreve estes resultados foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.
Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
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