Algumas horas atrás, numa teleconferência organizada pela NASA, um painel de astrofísicos apresentou novas imagens do remanescente de supernova Cassiopeia A, obtidas com o Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR). Estas imagens fornecem pistas importantes para a compreensão das supernovas de colapso gravitacional. O painel era constituído por Paul Hertz (director da NASA Division for Astrophysics in Washington), Fiona Harrison (investigadora principal da missão NuSTAR/California Institute of Technology), Brian Grefenstette (California Institute of Technology) e Robert Kirshner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics).
Antes de falar sobre o que foi descoberto importa descrever o que é exactamente o NuSTAR. Trata-se de um telescópio capaz de observar o Universo em comprimentos de onda na região dos raios-X mais energéticos, não coberta pelos observatórios Chandra (NASA) e XMM-Newton (ESA). O NuSTAR tem 10 a 100 vezes mais sensibilidade e poder de resolução do que os seus antecessores nesta zona do espectro. Para conseguir focar raios-X tão energéticos e obter uma elevada resolução espacial o observatório tem um aspecto pouco convencional, como mostra a figura seguinte.
Falemos agora da descoberta em si. A figura que se segue é uma sobreposição de duas componentes obtidas em raios-X pelos telescópios Chandra e NuSTAR. Nela pode ver-se o remanescente de supernova designado por Cassiopeia A, que se encontra a cerca de 11 mil anos-luz e tem aproximadamente 350 anos.
Na componente obtida pelo Chandra vemos raios-X com energias entre 1 e 7 keV (quilo-electrão-volt). Algumas cores marcam a distribuição de elementos químicos a temperaturas muito elevadas: vermelho para o ferro, verde para o silício e magnésio. A cor amarela mostra a emissão contínua de raios-X, não associada a elementos químicos. No centro é visível um pequeno ponto luminoso (seta): trata-se de uma estrela de neutrões formada durante o colapso gravitacional do núcleo da estrela maciça cuja explosão deu origem à Cassiopeia A. Esta componente tem a limitação importante de só permitir observar a distribuição de alguns elementos químicos nos locais onde estes estão sujeitos a temperaturas muito elevadas. Tal acontece tipicamente na periferia do remanescente, onde o material choca com o gás e a poeira do meio interestelar.
Durante a fase inicial de uma supernova, as camadas exteriores da estrela são aquecidas até temperaturas elevadíssimas, que permitem a síntese de uma grande variedade de elementos químicos e seus isótopos, muitos deles radioactivos. Um mapa com a distribuição de alguns destes elementos na Cassiopeia A permitiria inferir muita informação sobre a forma como a explosão da estrela evoluiu e sobre o mecanismo que a despoletou. As observações do NuSTAR hoje reportadas, representadas pela cor azul na mesma figura, mostram a distribuição de um isótopo de titânio, produzido em grandes quantidades numa supernova de colapso gravitacional. Esta componente da figura demonstra a capacidade do NuSTAR detectar material radioactivo no interior do remanescente. O NuSTAR consegue detectar este material porque é sensível aos raios-X de alta energia resultantes do decaimento radioactivo de um isótopo de titânio, o titânio-44, num isótopo de cálcio, o cálcio-44, como mostra a figura seguinte.
Actualmente, existem dois mecanismos considerados mais prometedores para explicar a explosão de uma estrela depois do colapso gravitacional do núcleo. O primeiro envolve a formação de jactos junto ao núcleo que atravessam a estrela em direcção à fotosfera originando uma onda de choque que a destrói. O segundo envolve pequenas instabilidades no material junto ao núcleo, que provocam um movimento semelhante a um chocalhar; este movimento amplifica as instabilidades, num ciclo de feedback, até se formar uma onda de choque que se propaga até à fotosfera e destrói a estrela. O vídeo seguinte mostra uma simulação em computador deste segundo mecanismo.
Apesar de a componente obtida com o Chandra mostrar estruturas semelhantes a jactos na periferia do remanescente, por exemplo nos canais do silício e magnésio (cor verde), a distribuição observada para o titânio-44, que mapeia de forma precisa a evolução da explosão, não mostra qualquer tipo de estrutura semelhante a jactos no interior do remanescente. De facto, o titânio-44 está concentrado em grumos junto ao centro. As observações do NuSTAR favorecem assim o segundo mecanismo, pelo menos para o caso da estrela que deu origem à Cassiopeia A. Isto mostra também que o referido mecanismo é aparentemente válido, um feedback importante para os teóricos que agora podem refinar os seus modelos matemáticos.
Podem ver a notícia original aqui.
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