O Observatório las Cumbres e o Telescópio Espacial Hubble colorem a supernova de captura de elétrons 2018zd (o grande ponto branco à direita) e a galáxia hospedeira NGC 2146 (em direção à esquerda). Crédito: NASA/STScI/J. DePasquale; Observatório Las Cumbres
Uma equipe mundial liderada por cientistas do Observatório Las Cumbres descobriu a primeira evidência convincente para um novo tipo de explosão estelar - uma supernova de captura de elétrons. Embora tenham sido teorizados por 40 anos, exemplos do mundo real têm sido evasivos. Acredita-se que elas surjam das explosões de estrelas gigantes super-assintomáticas maciças (SAGB), para as quais também há poucas evidências. A descoberta também lança uma nova luz sobre o mistério de mil anos da supernova de 1054 que foi vista em todo o mundo durante o dia, antes de eventualmente se tornar a Nebulosa do Caranguejo.
Historicamente, houve dois tipos principais de supernovas. Uma delas é uma supernova termonuclear - a explosão de uma estrela anã branca depois que ela ganha matéria em um sistema estelar binário. Estas anãs brancas são os núcleos densos de cinzas que permanecem após uma estrela de baixa massa (uma até cerca de 8 vezes a massa do sol) chega ao fim de sua vida. Outro tipo principal de supernova é uma supernova de colapso do núcleo de ferro onde uma estrela maciça - uma mais de 10 vezes a massa do sol - fica sem combustível nuclear e tem seu núcleo de ferro colapsado, criando um buraco negro ou estrela de nêutrons. As supernovas de captura de elétrons estão na fronteira entre esses dois tipos de supernovas. As estrelas param a fusão quando seus núcleos são feitos de oxigênio, neon e magnésio; eles não são maciços o suficiente para criar ferro.
Enquanto a gravidade está sempre tentando esmagar uma estrela, o que impede a maioria das estrelas de entrar em colapso é a fusão contínua, ou em núcleos onde a fusão parou, o fato de que você não pode embalar os átomos mais apertado. Em uma supernova de captura de elétrons, alguns dos elétrons no oxigênio — neon — núcleo de magnésio são esmagados em seus núcleos atômicos, em um processo chamado captura de elétrons. Esta remoção de elétrons faz com que o núcleo da estrela se aperte sob seu próprio peso e entre em colapso, resultando em uma supernova de captura de elétrons.
Se a estrela tivesse sido um pouco mais pesada, os elementos centrais poderiam ter se fundido para criar elementos mais pesados, prolongando sua vida. Portanto, é uma espécie de situação de Cachinhos Dourados invertidos: a estrela não é leve o suficiente para escapar de seu núcleo em colapso, nem é pesada o suficiente para prolongar sua vida e morrer mais tarde por meios diferentes.
Essa é a teoria que foi formulada a partir de 1980 por Ken'ichi Nomoto da Universidade de Tóquio, e outros. Ao longo das décadas, os teóricos formularam previsões do que procurar em uma supernova de captura de elétrons e seus progenitores estelares SAGB. As estrelas devem ter muita massa, perder grande parte antes de explodir, e esta massa perto da estrela moribunda deve ser de uma composição química incomum. Então a supernova de captura de elétrons deve ser fraca, ter pouca precipitação radioativa, e ter elementos ricos em nêutrons no núcleo.
Impressões artísticas de uma estrela gigante super-assintomática (esquerda) e seu núcleo (direita) composto de oxigênio (O), neon (Ne) e magnésio (Mg). Uma estrela de ramo gigante super-assintotótica é o estado final das estrelas em uma faixa de massa de cerca de 8-10 massas solares, cujo núcleo é suportado por elétrons (e-). Quando o núcleo se torna denso o suficiente, néon e magnésio começam a comer elétrons (as chamadas reações de captura de elétrons), reduzindo a pressão do núcleo e induzindo uma explosão de supernova de colapso do núcleo. Crédito: S. Wilkinson; Observatório Las Cumbres
O novo estudo, publicado na Nature Astronomy,é liderado por Daichi Hiramatsu, estudante de pós-graduação na Universidade da Califórnia, Santa Barbara (UCSB) e Observatório Las Cumbres (LCO). Hiramatsu é um membro central do Global Supernova Project, uma equipe mundial de cientistas que usa dezenas de telescópios ao redor e acima do globo. A equipe descobriu que a supernova SN 2018zd tinha muitas características incomuns, algumas das quais foram vistas pela primeira vez em uma supernova.
Ajudou que a supernova estivesse relativamente próxima - a apenas 31 milhões de anos-luz de distância - na galáxia NGC 2146. Isso permitiu que a equipe examinasse imagens de arquivo tiradas antes da explosão do Telescópio Espacial Hubble e detectando a provável estrela progenitora antes de explodir. As observações foram consistentes com outra estrela sagib recentemente identificada na Via Láctea, mas inconsistente com modelos de supergigantes vermelhos, os progenitores de supernovas normais de colapso do núcleo de ferro.
O estudo analisou todos os dados publicados sobre supernovas, e descobriu que, enquanto alguns tinham alguns dos indicadores previstos para supernovas de captura de elétrons, apenas o SN 2018zd tinha todos os seis — um progenitor aparente do SAGB, forte perda de massa pré-supernova, uma composição química estelar incomum, uma explosão fraca, pouca radioatividade e um núcleo rico em nêutrons.
"Começamos perguntando 'o que é esse esquisito?'" Hiramatsu disse. "Então examinamos todos os aspectos do SN 2018zd e percebemos que todos eles podem ser explicados no cenário de captura de elétrons."
As novas descobertas também iluminam alguns mistérios da supernova mais famosa do passado. Em 1054, uma supernova aconteceu na Galáxia da Via Láctea, e de acordo com registros chineses e japoneses, era tão brilhante que podia ser vista durante o dia por 23 dias, e à noite por quase dois anos. O remanescente resultante, a Nebulosa do Caranguejo, foi estudado em grande detalhe. Anteriormente, era o melhor candidato para uma supernova de captura de elétrons, mas isso era incerto em parte porque a explosão aconteceu há quase mil anos. O novo resultado aumenta a confiança de que o histórico SN 1054 era uma supernova de captura de elétrons. Também explica por que essa supernova era relativamente brilhante em comparação com os modelos: sua luminosidade provavelmente foi artificialmente melhorada pela ejecta supernova colidindo com material lançado pela estrela progenitora como foi visto no SN 2018zd.
Dr. Ken Nomoto, do Kavli IPMU da Universidade de Tóquio, estava entusiasmado que sua teoria havia sido confirmada, acrescentando "Estou muito satisfeito que a supernova de captura de elétrons foi finalmente descoberta, que meus colegas e eu previmos existir e ter uma conexão com a Nebulosa do Caranguejo há 40 anos. Agradeço muito os grandes esforços envolvidos na obtenção dessas observações. Este é um caso maravilhoso da combinação de observações e teoria."
Hiramatsu acrescentou: "Foi um 'momento Eureka' para todos nós que podemos contribuir para fechar o ciclo teórico de 40 anos, e para mim pessoalmente porque minha carreira na astronomia começou quando olhei para as imagens impressionantes do Universo na biblioteca do ensino médio, uma das quais foi a icônica Nebulosa do Caranguejo tirada pelo Telescópio Espacial Hubble."
"O termo Rosetta Stone é usado muitas vezes como uma analogia quando encontramos um novo objeto astrofísico", disse o Dr. Andrew Howell, cientista da equipe do Observatório Las Cumbres e professor adjunto da UCSB, "mas neste caso acho que é apropriado. Esta supernova está literalmente nos ajudando a decodificar registros de mil anos de culturas em todo o mundo. E está nos ajudando a associar uma coisa que não entendemos completamente, a Nebulosa do Caranguejo, com outra coisa que temos registros modernos incríveis desta supernova. No processo, ele está nos ensinando sobre física fundamental: como algumas estrelas de nêutrons são feitas, como estrelas extremas vivem e morrem, e sobre como os elementos que somos feitos são criados e espalhados ao redor do universo." Howell é o líder do Projeto Supernova Global, e o principal orientador de doutorado do autor.
fonte: "O que é esse esquisito?" – Um novo tipo de supernova ilumina um velho mistério (scitechdaily.com)