Os astrónomos obtiveram imagens extremamente detalhadas de duas explosões estelares – chamadas novas – poucos dias depois de terem começado. As novas observações fornecem evidências claras de que estas explosões não são tão simples como se acreditava. Em vez de uma única explosão, as explosões podem enviar múltiplos fluxos de material e até atrasar algumas emissões de forma dramática.
Relatório do trabalho da equipe de pesquisa internacional Astronomia da Natureza. Eles usaram interferometria no Centro de Astronomia de Alta Resolução Angular (CHARA Array), na Califórnia, um método que combina a luz de vários telescópios para produzir imagens extremamente nítidas. Esta resolução adicional tornou possível visualizar ao vivo esses eventos em rápida mudança à medida que se desenvolviam.
“As imagens dão-nos uma visão aproximada de como o material é expelido da estrela durante a explosão,” disse Gail Schaefer, do estado da Geórgia, diretora da rede CHARA. “Capturar esses eventos fugazes requer flexibilidade para adaptar nossa programação noturna à medida que novos alvos de oportunidade são descobertos.”
O que são novas e por que as ondas de choque são importantes?
Uma nova ocorre num sistema binário próximo quando uma anã branca, o denso núcleo remanescente de uma estrela, extrai gás de uma companheira próxima. À medida que o material roubado se forma, ele pode entrar em ignição em uma reação nuclear descontrolada, fazendo com que o céu brilhe repentinamente. Até recentemente, os astrônomos tinham que juntar as primeiras camadas indiretamente, porque os detritos estendidos pareciam um único ponto de luz.
Compreender como as ondas de choque são geradas em novas é a chave para entender como o material ejetado explode e interage externamente. Esses choques foram associados pela primeira vez a novas pelo Fermi Large Area Telescope (LAT) da NASA. Nos seus primeiros 15 anos, o Fermi-LAT detectou emissões de GeV de mais de 20 novas, mostrando que estas explosões podem produzir raios gama na nossa galáxia e indicando a sua promessa como fontes multimensageiras.
Duas Novae 2021 com comportamento bem diferente
A equipe se concentrou em duas novas que explodiram em 2021 e descobriu que elas se comportavam de maneiras surpreendentemente diferentes. A Nova V1674 Herculis foi a mais rápida já registrada, subindo e desaparecendo em poucos dias. A imagem revela dois fluxos de gás separados movendo-se em direções perpendiculares – um sinal de que o fenômeno envolve múltiplas ejeções interagindo entre si. O momento foi particularmente revelador: as novas imagens de fluxo apareceram enquanto o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA também detectava raios gama de alta energia, ligando diretamente a radiação impulsionada pelo choque a esses fluxos em colisão.
A Nova V1405 Cassiopeiae se desdobrou muito mais lentamente. Inesperadamente, reteve as suas camadas exteriores durante mais de 50 dias antes de ser libertada, fornecendo a evidência mais clara de uma ejeção retardada numa nova. Quando esse material finalmente se libertou, emitiu um novo choque, e o Fermi da NASA viu novamente os raios gama explodirem com violência renovada.
“Estas observações permitem-nos ver uma explosão estelar em tempo real, que é muito complexa e há muito considerada muito desafiadora”, disse Elias Ide, principal autor do estudo e professor de física e astronomia na Texas Tech University. “Em vez de apenas ver um simples flash de luz, estamos agora a descobrir a verdadeira complexidade de como estas explosões se desenrolam. É como passar de uma fotografia granulada a preto e branco para um vídeo de alta definição.”
A interferometria revela a estrutura e confirma os detalhes dos espectros
A capacidade de ver estruturas tão finas vem da interferometria, a mesma técnica que nos ajuda a obter imagens do buraco negro no centro da nossa galáxia. A equipe comparou as imagens com espectros de grandes instalações como o Gemini. Estes espectros rastrearam as mudanças nas assinaturas no gás ejetado, e as novas características espectrais corresponderam às estruturas vistas nas imagens interferométricas, fornecendo uma confirmação direta de como os fluxos estão se formando e colidindo.
“É um tremendo salto em frente”, disse John Monier, professor de astronomia da Universidade de Michigan, coautor do estudo e especialista em imagens interferométricas. Isso abre uma nova janela para alguns dos eventos mais dramáticos do universo.”
O que isso muda nas explosões estelares e nos raios gama?
As descobertas mostram que as novas podem ser muito mais complexas do que uma única explosão repentina. Eles também ajudam a explicar por que estes eventos produzem choques poderosos que produzem luz de alta energia, incluindo raios gama. O telescópio Fermi da NASA foi fundamental para descobrir essa ligação, tornando a Nova um laboratório do mundo real para estudar a física do choque e a aceleração de partículas.
“As nossas galáxias são mais do que fogos de artifício de novas – são laboratórios de física extrema”, disse a coautora Laura Chmiuk, professora da Universidade Estadual de Michigan e especialista em explosões estelares. “Observando como e quando o material é ejetado, podemos finalmente ligar os pontos entre as reações nucleares na superfície da estrela, a geometria do material ejetado e a radiação de alta energia que detectamos do espaço.”
No geral, os resultados desafiam a noção de longa data de que as explosões de novas são eventos únicos e impulsivos. Em vez disso, as observações apontam para múltiplas maneiras pelas quais uma nova pode se desdobrar, incluindo múltiplos fluxos e exposição retardada do envelope externo da estrela, remodelando a forma como os cientistas entendem estes episódios explosivos.
“É apenas o começo”, disse Aydi. “Com mais observações como esta, podemos finalmente começar a responder a grandes questões sobre como as estrelas vivem, morrem e afetam o seu ambiente. As Novas, antes vistas como simples explosões, estão a tornar-se mais ricas e interessantes do que alguma vez imaginamos.”
Imagens das duas novas foram coletadas através do Programa CHARA Array Open-Access apoiado pela National Science Foundation sob os números de concessão AST-2034336 e AST-2407956. A Faculdade de Artes e Ciências do Estado da Geórgia, o Gabinete do Reitor e o Gabinete do Vice-Presidente para Pesquisa e Desenvolvimento Econômico também fornecem apoio institucional para a matriz CHARA.
