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NuSTAR descobre novas pistas sobre "supernova camaleão"


Esta imagem do Observatório de raios-X Chandra da NASA mostra a galáxia espiral NGC 7331, numa imagem de raios-X a três cores. Os tons vermelho, verde e azul são usados para raios-X de baixa, média e alta energia, respetivamente. Uma supernova invulgar chamada SN 2014C, foi avistada nesta galáxia, indicada pela caixa.
Crédito: NASA/CXC/CIERA/R. Margutti et al

"Somos feitos de material das estrelas", disse o famoso astrônomo Carl Sagan. As reações nucleares que ocorreram em estrelas antigas produziram grande parte do material que compõe os nossos corpos, o nosso planeta e o nosso Sistema Solar. Quando as estrelas explodem em mortes violentas chamadas supernovas, esses elementos recém-formados escapam e espalham-se pelo Universo.

Uma supernova, em particular, está a desafiar os modelos dos astrônomos de como as explosões estelares distribuem os seus elementos. A supernova SN 2014C mudou dramaticamente de aparência ao longo de um ano, aparentemente porque tinha expelido uma grande quantidade de material no final da sua vida. Isto não encaixa com qualquer categoria reconhecida de como uma explosão estelar deve acontecer. Para tentar explicar isto, os cientistas devem reconsiderar as ideias estabelecidas sobre como as estrelas massivas vivem as suas vidas antes de explodir.

"Esta 'supernova camaleão' pode representar um novo mecanismo de como as estrelas massivas fornecem elementos produzidos nos seus núcleos para o resto do Universo," afirma Raffaella Margutti, professora assistente de física e astronomia na Universidade Northwestern em Evanston, no estado norte-americano de Illinois. Margutti liderou um estudo sobre a supernova SN 2014C, publicado esta semana na revista The Astrophysical Journal.

Uma supernova misteriosa

Os astrônomos classificam as explosões estelares com base na presença ou ausência de hidrogênio durante o evento. Embora as estrelas comecem as suas vidas fundindo hidrogênio em hélio, as grandes estrelas que se aproximam da fase de supernova esgotaram o hidrogênio como forma de combustível. As supernovas que têm muito pouco hidrogênio são chamadas "Tipo I". Aquelas que não têm uma abundância de hidrogênio, mais raras, são chamadas "Tipo II".

Mas SN 2014C, descoberta em 2014 numa galáxia espiral a aproximadamente 36-46 milhões de anos-luz de distância, é diferente. Ao observá-la em comprimentos de onda óticos com vários telescópios terrestres, os astrônomos concluíram que SN 2014C tinha-se transformado de uma supernova do Tipo I para uma supernova do Tipo II após o colapso do seu núcleo, conforme relatado num estudo de 2015 liderado por Dan Milisavljevic do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica em Cambridge, Massachusetts, EUA. As observações iniciais não detetaram hidrogênio, mas, após mais ou menos um ano, ficou claro que as ondas de choque propagadas pela explosão estavam a atingir uma concha de material dominado por hidrogênio fora da estrela.

No novo estudo, o satélite NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA, com a sua capacidade única para observar radiação na faixa mais energética dos raios-X, permitiu com que os cientistas observassem como a temperatura dos eletrões acelerados pelo choque da supernova mudou ao longo do tempo. Eles usaram esta medição para estimar a rapidez com que a supernova está a expandir-se e a quantidade de material na concha externa.

Para criar esta concha, SN 2014C fez algo verdadeiramente misterioso: expeliu uma grande quantidade de material - principalmente hidrogênio, mas também elementos mais pesados - décadas a séculos antes de explodir. De facto, a estrela libertou o equivalente à massa do Sol. Normalmente, as estrelas não expulsam material tão tarde na sua vida.

"A expulsão deste material, tão tarde na vida, é provavelmente uma maneira das estrelas partilharem elementos, que produzem durante as suas vidas, de volta para o seu ambiente," comenta Margutti, membro do Centro para Exploração Interdisciplinar e Investigação em Astrofísica da Universidade Northwestern.

Os observatórios Chandra e Swift da NASA também foram usados para obter uma imagem da evolução da supernova. A coleção de observações mostrou que, surpreendentemente, a supernova aumentou de brilho em raios-X após a explosão inicial, demonstrando que devia haver uma concha de material, anteriormente expelida pela estrela, que as ondas de choque atingiram.

Desafiando as teorias existentes

Porque é que uma estrela jogaria fora tanto hidrogênio antes de explodir? Uma teoria é que há algo que falta na nossa compreensão das reações nucleares que ocorrem nos núcleos de estrelas massivas propensas a explodirem como supernova. Outra possibilidade é que a estrela não morreu sozinha - uma estrela companheira num binário poderá ter influenciado a vida e morte invulgar da progenitora de SN 2014C. Esta segunda teoria encaixa na observação de que cerca de 7 em cada 10 estrelas gigantes têm companheiras.

O estudo sugere que os astrônomos devem prestar atenção às vidas das estrelas massivas nos séculos antes de explodirem. Os astrônomos vão continuar a monitorizar as consequências desta supernova desconcertante.

"A noção de que uma estrela pode expelir uma quantidade tão grande de matéria num curto espaço de tempo é completamente nova," comenta Fiona Harrison, investigadora principal do NuSTAR no Caltech, Pasadena, EUA. "Está a desafiar as nossas ideias fundamentais de como as estrelas evoluem e, eventualmente, explodem, distribuindo os elementos químicos necessários para a vida."


Esta imagem, no visível, obtida pelo SDSS (Sloan Digital Sky Survey), mostra a galáxia espiral NGC 7331, no centro, onde os astrónomos observaram a invulgar supernova SN 2014C.
Crédito: raios-X - NASA/CXC/CIERA/R. Margutti et al; ótico: SDSS

FONTE: http://www.ccvalg.pt/

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