O nosso Sol pode parecer muito impressionante: com 330.000 vezes a massa da Terra, corresponde a 99,86% da massa total do Sistema Solar; gera cerca de 400 trilhões de trilhôes de watts de potência; e tem uma temperatura à superfície que ronda os 5.500 graus Celsius. No entanto, para uma estrela, é um "peso leve".
© Observatório Palomar (supernova SN 2013cu na galáxia UGC 9379)
Os verdadeiros gigantes cósmicos são as estrelas Wolf-Rayet, que têm mais de 20 vezes a massa do Sol e são pelo menos cinco vezes mais quentes. Tendo em conta que estas estrelas são relativamente raras e estão muitas vezes obscurecidas, os cientistas não sabem muito sobre a sua formação, vida e morte. Mas isto está mudando, graças a um levantamento inovador do céu chamado iPTF (intermediate Palomar Transient Factory), que usa recursos do NERSC (National Energy Research Scientific Computing Center) e do ESnet (Energy Sciences Network), ambos localizados no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) do Departamento de Energia dos EUA, para expor eventos cósmicos fugazes como supernovas.
Pela primeira vez, os cientistas têm a confirmação direta de que uma estrela Wolf-Rayet, a 360 milhões de anos-luz de distância na direção da constelação de Boieiro, morreu numa explosão violenta conhecida como supernova do Tipo IIb. Usando o iPTF, investigadores do Instituto Weizmann de Ciência em Israel, liderados por Avishay Gal-Yam, apanharam a supernova SN 2013cu poucas horas depois da sua explosão. Então, acionaram telescópios terrestres e espaciais para observar o evento aproximadamente 5,7 horas e 15 horas depois da sua autodestruição. Estas observações estão fornecendo informações valiosas sobre a vida e morte da progenitora Wolf-Rayet.
"As capacidades observacionais recentemente desenvolvidas permitem-nos agora estudar estrelas em explosão que anteriormente só conseguíamos nos nossos sonhos. Estamos caminhando para estudos de supernovas em tempo-real," afirma Gal-Yam, astrofísico do Departamento de Física de Partículas e Astrofísica do Instituto Weizmann. Ele é também o autor principal de um estudo, publicado recentemente na revista Nature, sobre esta descoberta. "Pela primeira vez, podemos apontar diretamente para uma observação e dizer que este tipo de estrela Wolf-Rayet leva este tipo de supernova do Tipo IIb," comenta Peter Nugent, que lidera o C3 (Computational Cosmology Center) de Berkeley e o contingente de Berkeley na colaboração iPTF.
"Quando identifiquei o primeiro exemplo de uma supernova do Tipo IIb em 1987, sonhei que um dia teríamos evidências diretas do tipo de estrela que havia explodido. É refrescante que agora possamos dizer que as estrelas Wolf-Rayet são as responsáveis, pelo menos em alguns casos," acrescenta Alex Filippenko, professor de Astronomia na Universidade de Berkeley. Tanto Filippenko como Nugent são co-autores do artigo da Nature.
Algumas estrelas supermassivas tornam-se Wolf-Rayet nos estágios finais das suas vidas. Os cientistas acham estas estrelas interessantes porque enriquecem galáxias com elementos químicos pesados que eventualmente tornam-se nos blocos de construção dos planetas e da vida.
"Estamos determinando gradualmente quais os tipos de estrelas que explodem, e porquê, e quais os tipos de elementos que produzem," salienta Filippenko. "Estes elementos são cruciais para a existência da vida. Num sentido muito real, estamos tentando descobrir as nossas próprias origens estelares."
Todas as estrelas, não importa o tamanho, passam a vida fundindo átomos de hidrogênio para criar hélio. Quanto maior a massa da estrela, mais gravidade exerce, o que acelera a fusão no núcleo da estrela, gerando energia para compensar o colapso gravitacional. Quando o hidrogênio esgota-se, uma estrela supermassiva continua fundindo até elementos mais pesados como o carbono, oxigênio, nêonio, sódio, magnésio e assim por diante, até que o seu núcleo se transforma em ferro. Neste ponto, os átomos (até mesmo as partículas subatômicas) estão tão intimamente embaladas que a fusão já não consegue libertar energia para a estrela. É agora apenas suportada pela pressão degenerativa dos elétrons; a lei que proíbe dois elétrons de ocuparem o mesmo estado quântico.
Quando o núcleo é massivo o suficiente, nem a degeneração dos elétrons consegue suportar a estrela e ela entra em colapso. Os prótons e elétrons no núcleo fundem-se, libertando uma quantidade enorme de energia e neutrinos. Isto, por sua vez, alimenta uma onda de choque que dilacera a estrela expelindo violentamente os seus restos para o espaço à medida que entra na sua fase de supernova.
A fase de Wolf-Rayet ocorre antes da fase de supernova. À medida que a fusão nuclear diminui, os elementos pesados forjados no núcleo da estrela sobem para a superfície, desencadeando fortes ventos. Estes ventos derramam uma quantidade enorme de material para o espaço e obscurecem a estrela dos olhares curiosos da Terra.
"Quando uma estrela Wolf-Rayet entra em supernova, a explosão normalmente ultrapassa o vento estelar e toda a informação sobre a estrela progenitora é destruída," afirma Nugent. "Nós tivemos sorte com SN 2013cu, apanhamos a supernova antes de ultrapassar o vento. Pouco depois da estrela explodir, soltou um flash ultravioleta da onda de choque que aqueceu e iluminou o vento. As condições que observamos neste momento foram muito semelhantes ao que havia antes da supernova."
Antes dos destroços da supernova ultrapassarem o vento, a equipe do iPTF conseguiu captar as assinaturas químicas da luz (ou espectro) com o telescópio Keck no Havaí e viu sinais reveladores de uma estrela Wolf-Rayet. Quando observações de acompanhamento foram realizadas 15 horas depois com o satélite Swift da NASA, a supernova ainda estava bastante quente e emitia fortemente no ultravioleta. Nos dias que se seguiram, os colaboradores do iPTF reuniram telescópios de todo o mundo para observar a supernova colidir com o material previamente ejetado da estrela. À medida que os dias passavam, os cientistas foram capazes de classificar a SN 2013cu como uma supernova do Tipo IIb graças às fracas assinaturas do hidrogênio e às fortes características do hélio no espectro que apareceram após o arrefecimento da supernova.
"Com uma série de observações incluindo dados que obtive com o telescópio Keck-I 6,5 dias após a explosão, pudemos ver que os remanescentes em expansão da supernova rapidamente ultrapassaram o vento ionizado que tinha revelado as características Wolf-Rayet," comenta Filippenko.
"Esta descoberta foi totalmente chocante, abre uma área de pesquisa completamente nova," realça Nugent. "Com os nossos maiores telescópios temos uma hipótese de obter o espectro de uma estrela Wolf-Rayet nas galáxias mais próximas da Via Láctea, talvez até 4 milhões de anos-luz de distância. A SN 2013cu está a 360 milhões de anos-luz de distância, quase 100 vezes mais longe."
Desde Fevereiro de 2014, o estudo iPTF tem estudado o céu noturno com um telescópio robótico acoplado ao telescópio Samuel Oschin de 48 polegadas do Observatório Palomar no sul do estado americano da Califórnia.
O estudo foi construído sobre o legado do PTF (Palomar Transient Factory), desenhado em 2008 para sistematicamente mapear o céu usando a mesma câmara no Observatório Palomar. No ano passado, Nugent e colegas do Caltech e UC Berkeley fizeram importantes modificações para o projeto iPTF. Com a equipe do NERSC, Nugent atualizou o hardware de computação e armazenamento. Também melhoraram os algoritmos de aprendizagem no núcleo da detecção automática e incorporaram o SDSS-III (Sloan Digital Star Survey III) e catálogos de galáxias para que estes rejeitassem imediatamente estrelas variáveis.
Até adicionaram uma funcionalidade de rejeição de asteroides ao fluxo de trabalho automatizado, que calcula a órbita de cada asteroide conhecido no início da noite, determina onde os asteroides estão em cada imagem individual, e depois rejeita-os.
"Todas as nossas modificações aceleraram significativamente a nossa detecção em tempo real; enviamos agora alertas de supernova com alta qualidade para os astrônomos de todo o mundo em menos de 40 minutos após capturar uma imagem em Palomar," comenta Nugent. "No caso da SN 2013cu, fez toda a diferença."
Fonte: Berkeley Lab
