Uma galáxia espiral rica em supernovas

A galáxia espiral NGC 1309, rica em detalhes, brilha nesta imagem obtida pelo telescópio espacial Hubble.

© Hubble (NGC 1309)

Esta impressionante imagem abrange as estrelas azuladas, as nuvens de gás marrom escuras e o centro branco perolado da NGC 1309, bem como centenas de galáxias de fundo distantes. Quase cada mancha, faixa e bolha de luz nesta imagem é uma galáxia individual. A única exceção ao conjunto extragaláctico é uma estrela, que pode ser identificada perto do topo do quadro por seus picos de difração. 

A NGC 1309 está situada a cerca de 100 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Eridanus. Ela é positivamente vizinha, a apenas alguns milhares de anos-luz de distância, na Via Láctea. 

O Hubble voltou sua atenção para a NGC 1309 diversas vezes; imagens anteriores desta galáxia foram divulgadas pelo Hubble em 2006 e 2014. Grande parte do interesse científico da NGC 1309 deriva de duas supernovas: a SN 2002fk, em 2002, e a SN 2012Z, em 2012. 

A SN 2002fk foi um exemplo perfeito de uma supernova do Tipo Ia, que ocorre quando o núcleo de uma estrela morta (uma anã branca) explode. A SN 2012Z, por outro lado, foi um pouco rebelde. Foi classificada como uma supernova do Tipo Iax: embora seu espectro se assemelhasse ao de uma supernova do Tipo Ia, a explosão não foi tão brilhante quanto o esperado.

Observações do Hubble mostraram que, neste caso, a supernova não destruiu completamente a anã branca, deixando para trás uma "estrela zumbi" que brilhou ainda mais do que antes da explosão. As observações do Hubble de NGC 1309 feitas ao longo de vários anos também fizeram com que esta fosse a primeira vez que a anã branca progenitora de uma supernova foi identificada em imagens tiradas antes da explosão.

Fonte: ESA

Nova imagem mostra os restos de uma estrela destruída

Pela primeira vez, os astrônomos obtiveram provas visuais de que uma estrela encontrou o seu fim ao detonar duas vezes.

© ESO (restos da supernova SNR 0509-67.5)

Ao estudarem os restos com centenas de anos de idade da supernova SNR 0509-67.5, com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), os cientistas encontraram padrões que confirmam que a estrela que lhe deu origem sofreu um par de explosões. 

Esta descoberta elucida algumas das explosões mais importantes do Universo. A maior parte das supernovas têm origem na morte explosiva de estrelas massivas, contudo existe um tipo que supernova que tem origem em estrelas mais modestas. As anãs brancas, pequenos núcleos inativos que restam depois de estrelas como o nosso Sol queimarem o seu combustível nuclear, podem dar origem a uma supernova de Tipo Ia.

Grande parte do nosso conhecimento sobre a forma como o Universo se expande assenta em supernovas de Tipo Ia, as quais são também a principal fonte de ferro do nosso planeta, incluindo o ferro que temos no sangue. No entanto, e apesar da sua importância, o mistério de longa data do mecanismo exato que desencadeia a sua explosão continua por resolver. 

Todos os modelos que explicam as supernovas de Tipo Ia têm uma anã branca como uma das componentes num binário de estrelas. Se orbitar suficientemente perto da outra estrela do par, a anã branca pode roubar material à sua companheira. Segundo a teoria mais aceita sobre a origem das supernovas de Tipo Ia, a anã branca acumula matéria da sua companheira até atingir uma massa crítica, momento em que sofre uma única explosão. No entanto, estudos recentes sugerem que, pelo menos, algumas supernovas de Tipo Ia explicam-se melhor por uma dupla explosão desencadeada antes de a estrela atingir essa massa crítica. 

Os astrônomos obtiveram agora uma imagem nova que prova que esta hipótese estava correta: pelo menos algumas supernovas de Tipo Ia explodem por meio de um mecanismo de dupla detonação. Neste modelo alternativo, a anã branca acumula em torno de si um manto de hélio capturado de sua companheira, que pode tornar-se instável e incendiar-se. A primeira explosão gera uma onda de choque que se desloca em torno e para o interior da anã branca, gerando uma segunda detonação no núcleo da estrela e acabando por dar origem à supernova.

Até agora, não existiam provas visuais claras de uma dupla detonação numa anã branca. Recentemente, os astrônomos previram que este processo criaria um padrão distinto, ou uma impressão digital, nos restos ainda brilhantes da supernova, que seria visível muito depois da explosão inicial. A teoria sugere que os restos de uma supernova deste tipo conteriam duas conchas de cálcio separadas. Os astrônomos descobriram agora estas estruturas nos restos de uma supernova.

Estes resultados são uma indicação clara de que as anãs brancas podem explodir muito antes de atingirem o famoso limite de massa de Chandrasekhar, e que o mecanismo de dupla detonação ocorre de fato na natureza.

Com o auxílio do instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) montado no VLT, a equipe detectou camadas de cálcio (em azul na imagem) nos restos da supernova SNR 0509-67.5, uma evidência clara de que uma supernova de Tipo Ia pode ocorrer antes da sua anã branca progenitora atingir a massa crítica.

As supernovas de Tipo Ia são fundamentais para compreendermos o Universo, já que se comportam de forma muito consistente e o seu brilho, que podemos prever uma vez que não depende da distância a que se encontram, ajuda na medida de distâncias no espaço. Utilizando-as como uma régua cósmica, os astrônomos descobriram a expansão acelerada do Universo, uma descoberta que mereceu o Prêmio Nobel da Física de 2011. Estudar a forma como estes objetos explodem ajuda-nos a compreender melhor por que razão o seu brilho pode ser tão bem previsto.

Este trabalho de pesquisa foi descrito num artigo que será publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: ESO

Explosão cósmica forjou elementos pesados

Uma das grandes questões da astrofísica é a origem dos elementos pesados, no nosso Universo, que constituem a tabela periódica.

© NASA (ruptura na crosta de uma estrela de nêutrons altamente magnetizada)

Os elementos mais leves, o hidrogênio e o hélio, formaram-se principalmente no Big Bang que deu origem ao Universo. Elementos um pouco mais pesados, como o oxigênio e o ferro, são forjados no interior dos núcleos quentes das estrelas e expelidos para o espaço quando estas morrem em explosões de supernova. No entanto, os elementos raros muito mais pesados do que o ferro, como o ouro e a platina, só são criados em condições muito mais extremas do que as encontradas nas estrelas normais. 

Durante décadas, os astrofísicos nucleares têm trabalhado para identificar os eventos, na natureza, que podem sintetizar estes elementos pesados. Agora, um grupo de pesquisadores da Universidade de Columbia em New York, EUA, tem uma nova resposta a esta questão, que desafia as ideias existentes sobre onde são criados os elementos pesados. 

Foi demonstrado que elementos muito mais pesados do que o ferro foram criados num famoso evento cósmico de há mais de 20 anos, que liberou mais energia em meio segundo do que o nosso Sol produz em 250 mil de anos. A descoberta deste evento único fornece uma perspectiva importante sobre a forma como estes elementos são sintetizados em geral.

Comparando os modelos teóricos com os dados observados, foi encontrado evidências de que uma das explosões mais brilhantes alguma vez observadas na Via Láctea, um poderoso surto de raios gama em 2004, produziu uma enorme quantidade de elementos pesados que excede, em massa, o planeta Marte. No dia 27 de dezembro de 2004, vários satélites, incluindo o telescópio espacial INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) da ESA, detectaram uma explosão extremamente poderosa de raios gama proveniente de um magnetar na nossa Galáxia.

Os magnetares são uma classe de estrelas de nêutrons que abrigam os campos magnéticos mais fortes do Universo, mais de 10 trilhões de vezes mais fortes do que o típico ímã de geladeira. As estrelas de nêutrons são os corpos compactos que sobram quando estrelas massivas colapsam e explodem como supernovas. A imensa energia magnética dos magnetares provoca surtos extremos, semelhantes mas muito mais energéticos do que as erupções de partículas que o nosso Sol produz.

Embora o magnetar, SGR 1806-20, se encontre a cerca de 30.000 anos-luz de distância, a "erupção gigante" de 2004 foi suficientemente brilhante para afetar as camadas superiores da atmosfera da Terra. Após a explosão inicial de raios gama, o telescópio espacial INTEGRAL também detectou um sinal de raios gama mais fraco, mas mais longo, que durou várias horas. Embora este brilho remanescente tenha sido relatado pela primeira vez por pesquisadores em 2005, no momento não houve qualquer explicação física convincente.

Agora, os cientistas mostraram que este sinal anteriormente inexplicado da famosa erupção gigante do magnetar de 2004 pode ser atribuído à emissão de raios gama do decaimento radioativo de elementos pesados, que foram recentemente sintetizados por uma série de reações nucleares na crosta da estrela de nêutrons, à medida que esta era expelida para o espaço durante a erupção gigante.

Estima-se que até 10% ou mais dos metais preciosos da Terra podem ser produzidos por magnetares. Embora muitos potenciais fenômenos que criam estes elementos tenham sido propostos ao longo dos anos, este representa apenas o segundo evento confirmado em que os elementos mais pesados do Universo podem ser sintetizados; o primeiro foi uma fusão de estrelas de nêutrons prevista em 2010 e confirmada observacionalmente em 2017. 

Esta descoberta abre uma série de novas questões relacionadas com a função que os magnetares podem desempenhar na propagação de elementos em todo o Universo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Columbia University

O remanescente de supernova HB3

Escondido dentro dos campos ricos em estrelas de Cassiopeia, o remanescente da supernova HB3 abrange uma imensa região de 1,5° × 2° do céu.

© Toni Fabiani (remanescente de supernova HB3)

Estima-se que tenha se formado há cerca de 40.000 anos, esta antiga explosão estelar deixou para trás uma intrincada rede de ondas de choque difusas e gás ionizado. 

Situada perto das mais proeminentes IC 1705 (a Nebulosa do Peixe) e IC 1805 (a Nebulosa do Coração), a HB3 continua sendo um alvo desafiador devido à sua emissão extremamente fraca.

O astrofotógrafo Toni Fabiani captou o remanescente de supernova de Ager, Lleida, Espanha, cuja exposição profunda também revela duas nebulosas planetárias: PN G132.8+02.0 e PK131+02.1 (Abell 3), lembretes delicados das mortes estelares mais silenciosas que contrastam com o passado violento da HB3. 

A imagem destaca a complexidade do meio interestelar, onde resquícios de ciclos de vida estelares se misturam à paisagem cósmica, moldando o futuro da formação estelar. 

Fonte: AAPOD2

Restos de supernovas serão grandes ou pequenos?

O que acontece depois que uma estrela explode?

© Stéphane Vetter (M37, SNR G179.0 e Simeis 147)

Uma enorme bola de fogo de gás quente dispara em todas as direções. Quando este gás atinge o meio interestelar existente, ele esquenta tanto que brilha.

No lado esquerdo superior encontra-se o aglomerado aberto Messier 37 (também denominado M37 ou NGC 2099) localizado na constelação de Auriga. Situa-se a aproximadamente 3 600 anos-luz da Terra.

Dois remanescentes de supernova (SNRs) diferentes são visíveis na imagem em destaque, tirada no Observatório Oukaïmeden, no Marrocos. A nebulosa azul com aparência de bola de futebol no canto superior esquerdo é a SNR G179.0+02.6, que parece ser a menor. Esta supernova, a cerca de 11.000 anos-luz de distância da Terra, detonou há cerca de 50.000 anos. Embora composta principalmente de gás hidrogênio, a luz azul é emitida por uma quantidade residual de oxigênio. 

O remanescente de supernova aparentemente maior, dominando o canto inferior direito da imagem, é a Nebulosa Espaguete, catalogada como Simeis 147 e Sh2-240. Esta supernova, está apenas cerca de 3.000 anos-luz de distância daqui, explodiu há cerca de 40.000 anos.

Comparativamente, embora pareçam ter tamanhos diferentes, ambos os remanescentes de supernova não só têm aproximadamente a mesma idade, mas também aproximadamente o mesmo tamanho!

Fonte: NASA

Um pálido ponto azul

Esta imagem do telescópio espacial Hubble apresenta a galáxia LEDA 22057, que está localizada a cerca de 650 milhões de anos-luz de distância na constelação de Gêmeos.

© Hubble (galáxia LEDA 22057)

A galáxia LEDA 22057 é o local de uma explosão de supernova. Esta supernova em particular, chamada SN 2024PI, foi descoberta por uma pesquisa automatizada em janeiro de 2024. A exploração cobre toda a metade norte do céu noturno a cada dois dias e catalogou mais de 10.000 supernovas. 

A supernova é visível nesta imagem: localizada logo abaixo e à direita do núcleo galáctico, o ponto azul claro da SN 2024PI se destaca contra os braços espirais fantasmagóricos da galáxia. Esta imagem foi tirada cerca de um mês e meio após a descoberta da supernova, então ela é vista aqui muitas vezes mais fraca do que seu brilho máximo. 

A SN 2024PI é classificada como uma supernova Tipo Ia. Este tipo de supernova requer um objeto notável chamado anã branca, o núcleo cristalizado de uma estrela com uma massa menor que cerca de oito vezes a massa do Sol. Quando uma estrela deste tamanho usa o suprimento de hidrogênio em seu núcleo, ela incha em uma gigante vermelha, tornando-se fria, inchada e luminosa.

Com o tempo, pulsações e ventos estelares fazem com que a estrela perca suas camadas externas, deixando para trás uma anã branca e uma nebulosa planetária colorida. Anãs brancas podem ter temperaturas de superfície maiores que 100.000 graus e são extremamente densas, acumulando aproximadamente a massa do Sol em uma esfera do tamanho da Terra.

Embora quase todas as estrelas na Via Láctea um dia evoluam para anãs brancas, este é o destino que aguarda o Sol cerca de cinco bilhões de anos no futuro, nem todas explodirão como supernovas do Tipo Ia. Para que isso aconteça, a anã branca deve ser um membro de um sistema estelar binário. Quando uma anã branca absorve material de um parceiro estelar, a anã branca pode se tornar muito massiva para se sustentar. A explosão resultante de fusão nuclear descontrolada destrói a anã branca em uma explosão de supernova que pode ser vista em muitas galáxias distantes.

Fonte: ESA

Uma supernova na constelação da Baleia

A imagem obtida pelo telescópio espacial Hubble é a galáxia espiral NGC 337, localizada a cerca de 60 milhões de anos-luz de distância na constelação de Cetus (Baleia).

© Hubble (NGC 337)

Esta imagem combina observações feitas em dois comprimentos de onda, destacando o centro dourado e os arredores azuis da galáxia. O brilho central dourado vem de estrelas mais velhas, enquanto as bordas azuis brilhantes é devido às estrelas jovens. 

Se o Hubble tivesse observado a NGC 337 há cerca de uma década, o telescópio teria detectado algo notável entre as estrelas azuis quentes ao longo da borda da galáxia: uma supernova brilhante. 

A supernova, chamada SN 2014cx, é notável por ter sido descoberta quase simultaneamente de duas maneiras muito diferentes: por um prolífico caçador de supernovas, Koichi Itagaki, e pelo All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN). O ASAS-SN é uma rede mundial de telescópios robóticos que varre o céu em busca de eventos repentinos, como supernovas.

Pesquisadores determinaram que SN 2014cx era uma supernova Tipo IIP. A classificação “Tipo II” significa que a estrela que explodiu era uma supergigante pelo menos oito vezes mais massiva que o Sol. O “P” significa platô, indicando que depois que a luz da supernova começou a desaparecer, o nível atingiu um platô, permanecendo no mesmo brilho por várias semanas ou meses antes de desaparecer ainda mais. 

Esse tipo de supernova ocorre quando uma estrela massiva não consegue mais produzir energia suficiente em seu núcleo para evitar a pressão esmagadora da gravidade. Estima-se que a estrela progenitora de SN 2014cx tenha sido dez vezes mais massiva que o Sol e centenas de vezes mais extensa. Embora tenha diminuído há muito tempo de seu brilho inicial, os pesquisadores ainda estão de olho nessa estrela que explodiu, principalmente por meio do programa de observação do Hubble que produziu esta imagem.

Fonte: ESA

Uma supernova auxilia desvendar o passado cósmico

Pesquisadores fizeram novas observações de uma supernova incomum, encontrando a explosão estelar mais pobre em metais alguma vez observada.

© Getty Images (ilustração de uma galáxia)

Esta rara supernova, designada 2023ufx, teve origem no colapso do núcleo de uma estrela supergigante vermelha, que explodiu nos arredores de uma galáxia anã próxima. 

Os resultados do estudo mostraram que as observações desta supernova e da galáxia em que foi descoberta têm uma baixa metalicidade, o que significa que não têm uma abundância de elementos mais pesados do que o hidrogênio ou o hélio. Uma vez que os metais produzidos nas supernovas informam as suas propriedades, incluindo a forma como as estrelas evoluem e morrem, aprender mais sobre a sua formação pode dizer aos astrônomos muito sobre o estado do Universo quando este começou, especialmente porque não havia essencialmente metais no momento do seu nascimento. 

As galáxias anãs, em particular, são análogas locais úteis às condições que os cientistas esperam encontrar no Universo primitivo. Graças a elas, embora as primeiras galáxias fossem pobres em metais, todas as galáxias grandes e brilhantes perto da Via Láctea tiveram muito tempo para que as estrelas explodissem e aumentassem o conteúdo de metais. O conteúdo metálico que uma supernova possui também influencia aspetos como o número de reações nucleares que pode ter ou o tempo que a sua explosão permanece brilhante. É também uma das razões pelas quais muitas estrelas de baixa massa correm ocasionalmente o risco de se transformarem em buracos negros. 

Normalmente, qualquer supernova pobre em metais seria provavelmente demasiado tênue para ser vista a partir da Via Láctea, devido à distância a que se encontra. Agora, graças ao advento de instrumentos mais potentes como o telescópio espacial James Webb, a detecção de galáxias distantes pobres em metais tornou-se exponencialmente mais fácil. "Não existem assim tantos locais pobres em metais no Universo próximo e, antes do JWST, era difícil encontrá-los. 

As novas observações desta supernova em particular revelaram que muitas das suas propriedades e comportamentos são nitidamente diferentes de outras supernovas em galáxias próximas. Por exemplo, esta supernova teve um período de brilho que se manteve estável durante cerca de 20 dias antes de diminuir, ao passo que o brilho das suas congêneres ricas em metais dura normalmente cerca de 100 dias. O estudo mostrou também que foi ejetada uma grande quantidade de material em movimento rápido durante a explosão, sugerindo que devia estar girando muito depressa quando explodiu. Este resultado implica que as estrelas pobres em metais e de rotação rápida devem ter sido relativamente comuns durante os primeiros tempos do Universo. 

De um modo geral, as observações lançam as bases para os astrônomos melhor explorarem a forma como as estrelas pobres em metais sobrevivem em diferentes ambientes cósmicos e podem mesmo ajudar alguns teóricos a modelar com maior precisão o comportamento das supernovas no Universo primitivo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Ohio State University