As observações SWIFT realizadas com o Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul (VLT do ESO) capturaram uma estrela em pleno ato de explosão, enquanto a explosão rasgava a sua superfície. Este momento revelou a forma da erupção nas suas fases iniciais, uma fase tão breve que teria desaparecido de vista no espaço de um dia. Os cientistas há muito esperam observar este momento inicial porque ajuda a responder a questões-chave sobre como as estrelas massivas terminam as suas vidas como supernovas.
SN 2024ggi foi observado pela primeira vez na noite de 10 de abril de 2024, hora local. Naquele momento, Yi Yang, professor assistente da Universidade Tsinghua, em Pequim, na China, e principal autor do estudo, chegou a São Francisco após um longo voo. Percebendo a urgência, ele agiu rapidamente. Doze horas depois, apresentou um pedido de observação ao ESO, que rapidamente o aprovou. No dia 11 de abril, apenas 26 horas após a descoberta, o VLT do Chile já estava observando o evento.
Uma rara explosão próxima
A supernova está localizada a cerca de 22 milhões de anos-luz de distância, na galáxia NGC 3621, na constelação de Hidra. Para os astrônomos, essa distância é próxima o suficiente para investigar a explosão em detalhes. Utilizando o VLT e instrumentos especiais, a equipa internacional capturou o comportamento inicial da explosão. “As primeiras observações do VLT capturaram a fase em que o material foi acelerado pela explosão perto do centro da estrela,” disse Dietrich Bade, astrónomo do ESO na Alemanha e co-autor do estudo, publicado a 2 de Novembro. A ciência avança.
“A geometria de uma explosão de supernova fornece informações fundamentais sobre a evolução estelar e os processos físicos que levam a estes fogos de artifício cósmicos”, explica Yang. Os cientistas ainda estão investigando as etapas exatas que causam explosões estelares massivas, definidas como estrelas com mais de oito vezes a massa do Sol. SN 2024ggi começou como uma supergigante vermelha com massa 12 a 15 vezes maior que a do Sol e raio 500 vezes maior. Isto é um exemplo clássico de uma estrela massiva chegando ao fim de sua vida.
O que acontece quando uma estrela massiva fica sem combustível
Ao longo da sua vida, uma estrela mantém uma forma esférica estável porque a gravidade puxa para dentro enquanto a pressão da fusão nuclear empurra para fora. Quando esgotam o combustível, esse equilíbrio é quebrado. O núcleo cede, as camadas circundantes caem para dentro e depois ricocheteiam no centro denso. Este rebote desencadeia uma onda de choque que viaja para fora, eventualmente destruindo a estrela.
Assim que o choque atinge a superfície, uma grande quantidade de energia é liberada e a supernova fica visível. Durante o breve intervalo antes da explosão com o material circundante, os astrónomos podem estudar a forma inicial da fuga.
Revelando geometrias ocultas com espectropolarimetria
Para capturar esta estrutura elementar, os astrónomos utilizaram uma técnica chamada “espectropolarimetria”. “A espectropolarimetria fornece informação sobre a geometria das explosões que outros tipos de observações não conseguem fornecer porque as escalas angulares são muito pequenas,” disse Lifan Wang, co-autor e professor na Texas A&M University, nos EUA, que iniciou a sua carreira como estudante no ESO. Embora a estrela em explosão apareça como um único ponto de luz, a polarização dessa luz contém pistas subtis sobre a forma da explosão, que a equipa descodificou com sucesso.(1)
O instrumento FORS2 do VLT, a única instalação no Hemisfério Sul capaz de fazer tais medições, revelou que a primeira explosão de material assemelhava-se à forma de uma azeitona. À medida que a explosão se expandiu e encontrou material que rodeia a estrela, a forma tornou-se mais plana, embora o eixo de simetria permanecesse consistente. Yang observa que “estes resultados sugerem um processo físico comum que impulsiona a explosão de muitas estrelas massivas, que exibe uma simetria axial bem definida e opera em grandes escalas”.
Avançando a ciência das supernovas através da colaboração global
Estas observações permitiram aos cientistas descartar alguns modelos existentes e refinar outros, melhorando a nossa compreensão da morte de estrelas massivas. “Esta descoberta não só muda a nossa compreensão das explosões estelares, mas também demonstra o que pode ser alcançado quando a ciência ultrapassa os limites,” disse o co-autor e astrónomo do ESO Ferdinando Patat. “É um lembrete poderoso de que a curiosidade, a colaboração e a ação rápida podem desbloquear insights profundos sobre a física que molda o nosso universo.”
Observação
- Partículas de luz (fótons) possuem uma propriedade chamada polarização. Numa esfera, a maior parte em forma de estrela, as polarizações dos fótons individuais se anulam, de modo que a polarização líquida do objeto é zero. Quando os astrónomos medem uma polarização líquida diferente de zero, podem usar essa medição para determinar a forma do objeto – uma estrela ou uma supernova – que emite a luz observada.
Esta pesquisa foi publicada em um artigo de pesquisa A ciência avança.
A equipe foi liderada por Y. Yang (Departamento de Física, Universidade de Tsinghua, China (Universidade de Tsinghua)), X. Wen (Escola de Física e Astronomia, Universidade Normal de Pequim, China (Universidade Normal de Pequim) e Universidade de Tsinghua), L. Wang (Departamento de Física e Departamento de Astronomia, Universidade US&M, Universidade US&M). George P. e Cynthia Woods Instituto Mitchell de Física Fundamental e Astronomia Texas A&M University, EUA (IFPA Texas A&M University), d. Bade (Organização Europeia para Pesquisa Astronômica no Hemisfério Sul, Alemanha (ESO)), Jesse Wheeler (Universidade de Física do Texas, EUA). (Departamento de Astronomia, Universidade da Califórnia, Berkeley, EUA (UC Berkeley) e Instituto Hagler de Estudos Avançados, Texas A&M University, EUA), A. Gal-Yam (Departamento de Física de Partículas e Astrofísica, Instituto Weizmann de Ciência, Israel, Universidade de Londres, Universidade Mayound) Reino Unido), S. Schulze (Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica, Northwestern University, EUA), X. Wang (Universidade de Tsinghua), C. Ashall (Departamento de Física, Virginia Tech, EUA e Instituto de Astronomia, Universidade do Havaí), Universidade de Manoa, Buea, Universidade de Ciência, EUA, EUA. Ferrara, Itália e INFN, Sezione di Ferrara, Itália e INAF, Osservatorio Astronomico d’Abruzzo, Itália), A. Cikota (Observatório Gemini/NSF NOIRLab, Chile), H. Gao (Universidade Normal de Pequim e Instituto de Fronteira e China, Universidade Normal de Pequim, Universidade Normal de Pequim). Hoeflich (Departamento de Física, Florida State University, EUA), G. Li (Universidade de Tsinghua), D. Mishra (Texas A&M University e IFPA Texas A&M University), Ferdinando Patat (ESO), KC Patra (Califórnia e Departamento de Astronomia e Astrofísica, Universidade da Califórnia, Berkeley, Califórnia, EUA) Berkeley), S. Yan (Universidade de Tsinghua).
