Supernova de tipo Ia numa galáxia a mais de 10 mil milhões de anos-luz, descoberta pelo projecto CANDELS (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey). Crédito: NASA.
Foram publicados hoje, na revista Nature, dois artigos que corroboram as suspeitas dos astrónomos de que as supernovas de tipo Ia (um-a) podem ter origem em dois mecanismos diferentes, ambos envolvendo um sistema binário contendo uma anã branca. Os autores apresentam observações sem precedentes dos primeiros momentos destas explosões termonucleares extremas.
As supernovas de tipo Ia resultam da explosão termonuclear de anãs brancas em sistemas binários. Como as anãs têm características muito semelhantes imediatamente antes da explosão, a luminosidade intrínseca destas supernovas é quase constante. Este facto é de extrema importância pois possibilita a sua utilização como “velas padrão”, permitindo determinar com precisão a distância às suas galáxias hospedeiras e com isso medir o ritmo de expansão do Universo — foi assim que a existência da famosa “energia negra” foi estabelecida no final do século XX.
O estudo teórico e a observação destas supernovas permitiram deduzir as características dos sistemas binários progenitores, reduzindo a escolha a dois cenários possíveis:
- Double-Degenerate ou DD — um sistema binário com duas anãs brancas. Ao longo de milhões de anos, perdem energia orbital e aproximam-se gradualmente até colidirem. A colisão despoleta a explosão termonuclear das anãs brancas;
- Single-Degenerate ou SD — um sistema binário com uma anã branca e uma estrela normal. Material da estrela normal é capturado pelo campo gravitacional da anã branca e acumula-se na sua superfície. A massa da anã branca aumenta até próximo do seu limite máximo — o limite de Chandrasekhar — altura em que é despoletada a explosão.
Nos últimos anos, os astrónomos têm vindo a observar inúmeros exemplos de supernovas de tipo Ia na tentativa de determinar qual destes cenários é responsável pelas explosões. Estes estudos sugerem que ambos os cenários são capazes de produzir supernovas, não sendo ainda claro qual a fracção de eventos que se deve a cada um. Podem ler informação mais detalhada neste artigo.
A observação de supernovas de tipo Ia, de brilho conhecido, em galáxias distantes permite a determinação precisa das suas distâncias e medir o ritmo de expansão do Universo. Crédito: NASA/JPL-Caltech.
(O cenário Single Degenerate (SD) para a explosão termonuclear de uma anã branca — uma supernova de tipo Ia.)
(O cenário Double Degenerate (DD) para a explosão termonuclear de uma anã branca — uma supernova de tipo Ia.)
Os artigos hoje publicados na revista Nature vêm precisamente reforçar a ideia de que ambos os cenários são responsáveis por supernovas de tipo Ia. O que há de fundamentalmente novo nestes trabalhos é o facto de os autores terem observado algumas destas supernovas numa fase muito precoce em que o material da supernova colidiria com uma hipotética estrela companheira normal.
O primeiro artigo utilizou dados recolhidos por um caçador de exoplanetas, o telescópio Kepler, da NASA, que observa uma porção fixa do céu medindo a luminosidade de objectos no campo de visão com grande precisão a cada 30 minutos. Os autores monitorizaram 400 galáxias com o Kepler na esperança de detectar alguma supernova e conseguiram detectar 3 de tipo Ia. Os dados mostram portanto o brilho das supernovas desde os primeiros momentos da explosão. Ora, se as anãs brancas que explodiram nestas 3 supernovas tivessem companheiras normais (cenário SD), nas primeiras horas ou dias deveria ter sido detectado um brilho adicional devido à colisão do material da supernova com a dita estrela. Os astrónomos não detectaram qualquer indício desse incremento no brilho nas 3 supernovas, sugerindo que todas foram geradas pelo mecanismo DD.
A curva de luz da supernova KSN 2011b, obtida com o Kepler. A seta vermelha mostra o ponto em que a luz da supernova foi detectada pela primeira vez. A parte do gráfico ampliada mostra a evolução da luminosidade nos primeiros dias. Se a anã branca que explodiu tivesse uma estrela companheira normal, a colisão do material da supernova com essa estrela provocaria uma lomba na curva de luz, representada pela zona azulada. Tal efeito não foi observado. Crédito: NASA Ames/W. Stenzel.
O segundo artigo observou apenas uma supernova, designada por iPTF14atg, descoberta no dia 3 de Maio de 2014, na galáxia IC 831, a 300 milhões de anos-luz na direcção da constelação da Cabeleira de Berenice. O que torna a iPTF14atg tão especial é o facto de ter sido descoberta menos de um dia depois da explosão! Apercebendo-se disto os autores obtiveram rapidamente tempo de observação no observatório de alta energia SWIFT, também da NASA, e foram ainda a tempo de observar um pico de luz ultravioleta poucos dias depois do início da explosão, sem um pico correspondente em luz visível. Um pico com estas características seria de esperar da colisão do material da supernova com uma estrela companheira, favorecendo portanto o cenário SD para a iPTF14atg.
Esta imagem mostra um snapshot de uma simulação da colisão de uma supernova de tipo Ia (castanho) com uma estrela companheira (azul). O material da supernova desloca-se a 10 mil km/s! Uma tal colisão produz um pico intenso de luz ultravioleta, emitida à medida que o material da supernova envolve por completo a estrela companheira. Este sinal terá sido detectado pelo SWIFT para a supernova iPTF14atg. Crédito: UC Berkeley, Daniel Kasen.
(Fonte: NASA)
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