Uma equipe de astrônomos descobriu o flash óptico mais rápido de uma supernova Tipo Ia.
© U. Kyoto (ilustração de supernova após explosão de anã branca)
Muitas estrelas terminam as suas vidas por meio de uma explosão espetacular. A maioria das estrelas massivas explodirá como uma supernova. Embora uma estrela anã branca seja o remanescente de uma estrela de massa intermediária como o nosso Sol, ela pode explodir se a estrela fizer parte de um sistema estelar binário íntimo, onde duas estrelas se orbitam uma à outra. Este tipo de supernova é classificado como supernova Tipo Ia.
Por causa do brilho uniforme e extremamente alto das supernovas Tipo Ia, cerca de 5 bilhões de vezes mais brilhantes que o nosso Sol, são amplamente usadas como uma vela padrão para medições de distância em astronomia. Como exemplo de maior sucesso, as supernovas Tipo Ia ajudaram os cientistas a descobrir a expansão acelerada do Universo.
Mas, apesar do grande sucesso da cosmologia das supernovas Tipo Ia, os pesquisadores ainda debatem questões básicas como o aspeto dos sistemas progenitores das supernovas Tipo Ia e o modo como as explosões das supernovas Tipo Ia são iniciadas. Para resolver estes problemas de longa data, uma equipe de astrônomos liderada por Ji-an Jiang, do Instituto Kavli para Física e Matemática do Universo, tentou captar supernovas Tipo Ia até um dia após as suas explosões, de nome supernovas Tipo Ia de fase inicial, usando novas instalações de levantamento de campo amplo, incluindo a câmara Tomo-e Gozen, o primeiro gerador, do mundo, de mosaicos de campo amplo com sensor CMOS.
Ao verificar regularmente as candidatas a supernova Tipo Ia de fase inicial descobertas pelo levantamento de transientes Tomo-e, uma candidata chamada Tomo-e202004aaelb chamou a atenção de Jiang. "Tomo-e202004aaelb foi descoberta como tendo alto brilho no dia 21 de abril de 2020. Surpreendentemente, o seu brilho mostrou uma variação significativa nos dois dias seguintes e depois comportou-se como uma supernova Tipo Ia de fase inicial normal. Descobrimos várias supernovas Tipo Ia de fase inicial que mostram um excesso de emissão interessante nos primeiros dias das suas explosões, mas nunca tínhamos visto uma emissão precoce tão rápida e proeminente em comprimentos de onda ópticos. Graças ao modo de levantamento de alta cadência e ao excelente desempenho da Tomo-e Gozen, pudemos capturar perfeitamente esta característica pela primeira vez. Um flash precoce tão rápido deve ter origem diferente em comparação com as supernovas Tipo Ia em excesso anteriormente descobertas," disse Jiang.
As simulações computacionais pelo professor Keiichi Maeda, da Universidade de Kyoto, mostraram que a origem do misterioso e rápido flash óptico pode ser explicada pela energia liberada a partir de uma interação entre o material ejetado da supernova e um material circunstelar denso e confinado logo após a explosão de supernova.
Por meio de observações espectroscópicas pelo telescópio Seimei da Universidade de Kyoto, a equipe descobriu que a supernova é uma variante das supernovas Tipo Ia mais brilhantes. Na primeira análise do espectro obtido logo o flash inicial, destacou-se como algo diferente das supernovas normais. Foi notado que uma classe mais brilhante de supernovas Tipo Ia poderia parecer-se com esta se fossem observadas numa fase tão inicial. A classificação foi subsequentemente confirmada à medida que o espectro evoluía para se parecer cada vez mais com as brilhantes supernovas Tipo Ia.
O resultado mostra que pelo menos uma fração das supernovas Tipo Ia têm origem num ambiente circunstelar denso, o que fornece uma restrição estrita ao sistema progenitor destes fenômenos espetaculares no nosso Universo. Tendo em que conta que Tomo-e202004aaelb (SN 2020hvf) é muito mais brilhante do que as típicas supernovas Tipo Ia usadas como indicador de distância, a descoberta permitirá que os astrônomos testem várias teorias propostas para estas peculiares supernovas superluminosas Tipo Ia.
"Construímos anteriormente modelos teóricos de anãs brancas giratórias de massa super-Chandrasekhar e das suas explosões. Estes modelos massivos podem ser consistentes com o brilho máximo de SN 2020hvf, mas é necessário mais trabalho teórico para explicar as propriedades observacionais detalhadas. A SN 2020hvf forneceu uma oportunidade maravilhosa de colaboração entre a teoria e as observações," disse Ken'ichi Nomoto, cientista sênior do Instituto Kavli para Física e Matemática do Universo.
Os pesquisadores continuarão procurando a resposta para a questão de longa data da origem das supernovas Tipo Ia, realizando levantamentos transientes com telescópios por todo o mundo. "Usamos as supernovas Tipo Ia para medir a expansão do Universo, embora as suas origens não sejam bem compreendidas. A fotometria das supernovas Tipo Ia de fase inicial fornece informações únicas para entender as suas origens e, portanto, deve contribuir para medições mais precisas da expansão do Universo no futuro próximo," disse o professor Mamoru Doi, da Universidade de Kyoto e cientista do Instituto Kavli para Física e Matemática do Universo.
O estudo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.
Fonte: Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe
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