Detectada segunda supernova numa galáxia distante

No passado mês de novembro, o telescópio espacial James Webb da NASA observou um enorme aglomerado de galáxias chamado MACS J0138.0-2155.

© Webb (supernova na galáxia MRG-M0138)

Através do efeito de lente gravitacional, previsto pela primeira vez por Albert Einstein, uma galáxia distante de nome MRG-M0138 aparece deformada pela poderosa gravidade do aglomerado de galáxias interveniente. Além de deformar e ampliar a galáxia distante, o efeito de lente gravitacional causado pelo aglomerado de galáxias MACS J0138 produz cinco imagens diferentes de MRG-M0138. 

Em 2019, os astrônomos anunciaram a surpreendente descoberta de que uma explosão estelar, ou supernova, tinha ocorrido dentro de MRG-M0138, vistas em imagens obtidas em 2016 pelo telescópio espacial Hubble. Veja detalhes em: Explosão de supernova esperada para 2037.

Quando um outro grupo de astrônomos examinou as imagens do Webb de 2023, ficou espantado ao descobrir que, sete anos mais tarde, a mesma galáxia abrigava uma segunda supernova. 

Quando uma supernova explode por trás de uma lente gravitacional, a sua luz chega à Terra por vários percursos diferentes. Podemos comparar esses percursos a vários comboios que saem de uma estação ao mesmo tempo, todos viajando à mesma velocidade e com destino ao mesmo local. Cada comboio faz um percurso diferente e, devido às diferenças na duração da viagem e no terreno, os comboios não chegam ao seu destino ao mesmo tempo. Do mesmo modo, as imagens de supernovas que sofrem o efeito de lente gravitacional aparecem ao longo de dias, semanas ou mesmo anos. Ao medir as diferenças nos tempos em que as imagens das supernovas aparecem, podemos medir a história do ritmo de expansão do Universo, conhecida como a constante de Hubble, que é um grande desafio na cosmologia atual. 

O problema é que estas supernovas com imagens múltiplas são extremamente raras: até agora foram detectadas menos de uma dúzia. A supernova de 2016 em MRG-M0138, chamada Requiem, destacou-se por várias razões. Em primeiro lugar, estava a 10 bilhões de anos-luz de distância. Em segundo lugar, a supernova era provavelmente do mesmo tipo (Ia) que é usado como "vela padrão" para medir distâncias cósmicas. Em terceiro lugar, os modelos previam que uma das imagens da supernova seria tão atrasada pelo seu trajeto através da gravidade extrema do aglomerado que só apareceria em meados da década de 2030. 

Infelizmente, como Requiem só foi descoberta em 2019, muito depois de ter desaparecido de vista, não foi possível reunir dados suficientes para medir a constante de Hubble nesse momento. Agora através da segunda supernova serão efetuadas medidas para corroborar a constante de Hubble. As supernovas são normalmente imprevisíveis, mas as observações infravermelhas, por volta de 2035, irão captar o seu último suspiro e fornecer uma nova e precisa medição da constante de Hubble.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Explosão de supernova esperada para 2037

É um desafio fazer previsões, especialmente em astronomia. Existem, no entanto, algumas previsões das quais os astrônomos podem depender, como o momento dos próximos eclipses lunares e solares e o regresso de alguns cometas.

© Hubble (supernova Requiem)

Três visões da mesma supernova aparecem na imagem de 2016 à esquerda, obtida pelo telescópio espacial Hubble. Mas não na imagem de 2019. A supernova distante, chamada Requiem, está inserida no gigantesco aglomerado de galáxias MACS J0138. O aglomerado é tão massivo que a sua poderosa gravidade dobra e amplia a luz da supernova, localizada numa galáxia bem por trás. Os círculos brancos na imagem destacam o efeito de lente gravitacional. A localização prevista da quarta imagem está destacada pelo círculo amarelo perto do canto superior esquerdo.

Agora, olhando bem além do Sistema Solar, os astrônomos adicionaram uma previsão sólida de um evento que ocorre nas profundezas do espaço intergaláctico: uma imagem de uma estrela explodindo, denominada supernova Requiem, que aparecerá por volta do ano 2037.

Embora esta retransmissão não seja visível a olho nu, alguns futuros telescópios devem ser capazes de a detectar. Acontece que esta futura aparência será a quarta observação conhecida da mesma supernova, ampliada, iluminada e dividida em imagens separadas por um enorme aglomerado de galáxias em primeiro plano agindo como lentes de aumento cósmico. 

Três imagens da supernova foram encontradas pela primeira vez em dados de arquivo obtidos em 2016 pelo telescópio espacial Hubble. As imagens múltiplas são produzidas pela poderosa gravidade do gigantesco aglomerado de galáxias, que distorce e amplia a luz da supernova bem por trás dele, um efeito chamado de lente gravitacional. Previsto pela primeira vez por Albert Einstein, este efeito é semelhante a uma lente de vidro que curva a luz para ampliar a imagem de um objeto distante.

As três imagens da supernova, vista como pontos pequenos captados num único instantâneo pelo telescópio espacial Hubble, representam a luz do rescaldo explosivo. Os pontos variam em brilho e cor, o que significa três fases diferentes do rescaldo da explosão à medida que arrefece com o tempo.A luz captada do aglomerado, MACS J0138.0-2155, levou cerca de 4 bilhões de anos para chegar à Terra. A luz da supernova Requiem precisou de cerca de 10 bilhões de anos para completar a sua viagem até nós, com base na distância da sua galáxia hospedeira.

A previsão do novo aparecimento da supernova tem por base modelos de computador do aglomerado, que descrevem os vários percursos que a luz da supernova está tomando através do labirinto de matéria escura no agrupamento galáctico. A matéria escura é um material invisível que compreende a maior parte da matéria do Universo e é a estrutura sobre a qual as galáxias e aglomerados de galáxias são construídos. Cada imagem ampliada segue um caminho diferente através do aglomerado e chega à Terra em momentos diferentes, devido, em parte, às diferenças no comprimento destes caminhos que a luz da supernova seguiu.

Sempre que alguma luz passa perto de um objeto muito massivo, como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias, a deformação do espaço-tempo que a teoria da relatividade geral de Einstein infere estar presente para qualquer massa, atrasa a viagem da luz em torno desta massa. Além disso, a imagem da supernova sob efeito da lente gravitacional que aparecerá por volta de 2037 fica atrás das outras imagens da mesma supernova porque a sua luz viaja diretamente pelo meio do aglomerado, onde reside a quantidade mais densa de matéria escura. A imensa massa do aglomerado curva a luz, produzindo o atraso de tempo mais longo.

Um minúsculo objeto vermelho nos dados de 2016 chamou a atenção, que inicialmente pensou-se ser uma galáxia longínqua. Mas este tinha desaparecido nas imagens de 2019. Mas, após uma inspeção mais aprofundada dos dados de 2016, noto-se que havia na verdade três objetos ampliados, dois vermelhos e um roxo. Cada um dos três objetos foi emparelhado com uma imagem de lente de uma galáxia massiva distante. Isto significa que não era uma galáxia distante, mas na verdade uma fonte transitória neste sistema que havia desvanecido nas imagens de 2019 como a luz de uma lâmpada que tinha sido desligada.

As imagens da supernova com lente estão organizadas num arco em torno do núcleo do aglomerado. Aparecem como pequenos pontos próximos das características difusas em tons alaranjados que se pensa serem os instantâneos ampliados da galáxia hospedeira da supernova.

O desenvolvimento de mapas precisos da matéria escura em aglomerados de galáxias massivos é outra maneira de medir o ritmo de expansão do Universo e de investigar a natureza da energia escura, uma forma misteriosa de energia que atua contra a gravidade e faz com que o cosmos se expanda a ritmo mais acelerado. Este método de atraso de tempo é valioso porque é uma forma mais direta de medir o ritmo de expansão do Universo. 

A detecção de imagens de supernova sob o efeito de lentes gravitacionais vai tornar-se cada vez mais comum ao longo dos próximos 20 anos com o lançamento do telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA e do início das operações no Observatório Vera C. Rubin. Ambos os telescópios vão observar grandes áreas do céu, o que lhes permitirá localizar dezenas de supernovas com imagens múltiplas. Futuros telescópios, como o telescópio espacial James Webb da NASA, também podem detectar a luz da supernova Requiem em outras épocas da explosão. 

Os resultados foram publicados na revista Nature Astronomy.

Fonte: Space Telescope Science Institute