Há cerca de 900 anos, observadores na China e no Japão registaram uma brilhante "estrela visitante" que apareceu subitamente e permaneceu no céu noturno durante seis meses.
© Chandra, Pan-STARRS, XMM-Newton & WISE (Pa 30)
Os cientistas pensam agora que um remanescente tênue recentemente descoberto, conhecido como Pa 30, remonta a esse evento: uma incompleta explosão de supernova que produziu o surto temporário e luminoso observado em 1181.
As explosões de supernova, que marcam os momentos finais de uma estrela, dividem-se tipicamente em duas categorias principais:
- Supernovas de colapso do núcleo: ocorrem quando uma estrela massiva, com pelo menos dez vezes a massa do nosso Sol, fica sem combustível nuclear. O seu núcleo colapsa sob a ação da gravidade, desencadeando uma explosão catastrófica;
- Supernovas de Tipo Ia: representam a detonação de uma anã branca e requerem um sistema binário, ou seja, duas estrelas que orbitam um centro comum. A explosão pode ser gerada pela fusão de duas anãs brancas, ou por acreção de material de uma estrela companheira (quando o binário é constituído por uma anã branca e uma estrela normal), aumentando constantemente a sua massa até detonar.
Uma nova análise, no entanto, mostra que Pa 30 é o remanescente de um evento mais raro, uma estrela que começou a explodir, mas que não o conseguiu fazer completamente. As condições não eram as ideais para produzir uma detonação terminal da estrela. Em vez disso, queimou elementos mais pesados perto das suas camadas superficiais, sem a destruir totalmente. A combustão nuclear não se transformou numa detonação supersônica.
Quando ocorre uma supernova de Tipo Ia, normalmente uma ou ambas as estrelas são completamente destruídas, gerando uma nuvem de detritos em expansão,- conhecida como remanescente de supernova, que apresenta uma estrutura semelhante a uma couve-flor. Mas em vez de uma nuvem de detritos espessa e caótica, Pa 30 apresenta filamentos longos e retos que irradiam de um núcleo central, como os rastos de um fogo de artifício.
Os astrônomos têm-se esforçado por compreender como os filamentos finos e uniformes de Pa 30 foram formados. Os pesquisadores examinaram o remanescente com telescópios modernos, fizeram simulações e testaram vários cenários antes de chegarem a uma nova explicação. As supernovas são tipicamente brilhantes apenas durante os primeiros meses após a sua detecção, mas o remanescente é observável por telescópios potentes durante centenas de anos, à medida que arrefece. O estudo sugere que a explosão inicial observada em 1181 foi incomumente fraca, permitindo que uma anã branca sobrevivente, provavelmente hipermassiva, permanecesse intacta no centro.
A explosão não criou os filamentos de Pa 30: eles formaram-se depois. Após a detonação falhada, a anã branca sobrevivente começou a lançar um vento rápido e denso, enriquecido com elementos pesados forjados durante a explosão parcial. Este vento é observado atualmente, movendo-se a cerca de 15.000 km/s, ou seja, 5% da velocidade da luz. O vento embateu no gás mais leve que rodeava a estrela. Na fronteira entre o vento denso e o gás leve, havia condições para que a instabilidade de Rayleigh-Taylor, um processo em que um fluido mais pesado (neste caso o vento) empurra um mais leve, atuasse, formando longas plumas semelhantes a dedos. Em Pa 30, essas plumas tornaram-se filamentos lineares e altamente alongados.
O que aconteceu a seguir também é incomum. Normalmente, um segundo processo, a instabilidade de Kelvin-Helmholtz, que é a mistura e o mecanismo de cisalhamento que faz com que os redemoinhos se torçam, rasgaria aqueles longos dedos em pedaços. Mas, no caso de Pa 30, a mistura e o cisalhamento nunca se concretizaram. O vento denso era tão mais pesado do que o gás que a instabilidade de Kelvin-Helmholtz foi suprimida. Como resultado, os filamentos continuaram a esticar-se para fora enquanto o vento continuava a alimentá-los. Pa 30 ficou com uma cavidade central vazia e um halo de filamentos que continuaram se expandindo. As simulações sugerem que um contraste de alta densidade é conducente à formação de tais estruturas filamentares.
Este tipo de explosão falhada é raro, mas cada vez mais reconhecido como uma subclasse distinta de explosão estelar. Os astrônomos classificam-nos como supernovas de Tipo Iax, um subgrupo incomum que representa uma forma diferente de morte estelar. Pa 30 é um dos poucos casos em que a modelação astrofísica moderna pode ser diretamente associada a um evento registado por observadores há cerca de 900 anos. A "estrela visitante" de 1181 tornou-se um detalhado estudo de caso cósmico, revelando como algumas estrelas morrem não numa única explosão cataclísmica, mas num processo complexo que deixa para trás estruturas surpreendentes.
Embora não se conheçam outras fontes astrofísicas que apresentem a morfologia de fogo de artifício de Pa 30, documentos recentemente divulgados do LANL (Los Alamos National Lab) demonstram que tais estruturas podem surgir em explosões terrestres. São mostradas duas fotografias do teste nuclear de alta altitude "Kingfish" efetuado pelo LANL em 1962. O teste Kingfish fazia parte da Operação Fishbowl, uma série de experiências concebidas para monitorar os efeitos das detonações nucleares em grande altitude nas comunicações militares, sistemas de radar e capacidades de detecção de mísseis durante a Guerra Fria.
© LANL (detonação da bomba nuclear Kingfish)
A imagem da esquerda foi tirada cerca de 40 milissegundos após a detonação inicial e ilustra a formação de filamentos claros, semelhantes a dedos, que se estendem para a atmosfera em choque e radialmente a partir de um centro comum. A imagem da direita é da mesma explosão, mas 256 milissegundos após a detonação, mostrando que os filamentos inicialmente radiais evoluíram para uma estrutura mais parecida com uma couve-flor que faz lembrar a maioria dos outros remanescentes de supernova.
A bomba nuclear Kingfish foi semelhante às explosões astrofísicas típicas, em que uma quantidade fixa de massa e energia é impulsivamente injetada num meio gasoso; isto contrasta com a origem alimentada pelo vento do remanescente Pa 30, em que a energia e o momento foram continuamente fornecidos à medida que o material se expandia. O fato de a experiência Kingfish ter inicialmente produzido material ejetado que se assemelhava a Pa 30, e que mais tarde se transformaram numa estrutura que faz lembrar a maioria dos outros remanescentes de supernova, sugere que outras explosões astrofísicas não alimentadas pelo vento podem passar por esta mesma fase, embora dure comparativamente pouco tempo.
Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.
Fonte: Syracuse University