Descoberta a Supernova Mais Luminosa Conhecida

Uma equipa de astrónomos liderada por Subo Dong, do Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, publicou um artigo na revista Science em que descreve a descoberta da ASASSN-15lh, uma supernova que se tornou 600 mil milhões de vezes mais luminosa do que o Sol, 50 vezes a luminosidade da Via Láctea!

A supernova foi descoberta no dia 14 de Junho de 2015 pela equipa do All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN), uma colaboração internacional que utiliza uma rede de pequenos telescópios automatizados em vários pontos do globo para descobrir supernovas. A infraestrutura fotografa todo o céu em 2 ou 3 noites, essencial para detectar estes eventos numa fase tão precoce quanto possível, e consegue detectar supernovas normais em galáxias até 350 milhões de anos-luz. A ASASSN-15lh, no entanto, foi detectada apesar da sua galáxia hospedeira se encontrar a 3.8 mil milhões de anos-luz!

A supernova ASASSN-15lh, à direita. A imagem da esquerda mostra a galáxia hospedeira antes da supernova aparecer, em 2014.
Crédito: Benjamin Shappee.

Na última década, os astrónomos descobriram alguns exemplos raros do que parece ser uma nova classe de supernovas deficientes em hidrogénio e extremamente luminosas (Super Luminous Supernovae ou SLSNe). A energia libertada por estes objectos é desconcertante e forçou os astrofísicos a puxar pela cabeça tentando encontrar formas de explodir estrelas com diferentes características capazes de explicar as observações.

O registo de supernovas super-luminosas descobertas na última década. A ASASSN-15lh é claramente um caso excepcional.
Crédito: Nature.

A teoria diz-nos que a luminosidade de uma supernova depende quase exclusivamente da quantidade de um isótopo radioactivo de Níquel, o 56Ni, que é formado durante a fase inicial da explosão. Nas semanas e meses seguintes a supernova brilha com a energia libertada pelos raios gama produzidos pelo decaimento do 56Ni num isótopo de Cobalto, o 56Co, e deste último num isótopo estável do Ferro, o 56Fe. Uma supernova normal produz aproximadamente uma massa solar de 56Ni. A luminosidade deste novo grupo de supernovas implica, no entanto, a formação de algumas dezenas de massas solares de 56Ni durante a explosão.

A curva de luz da supernova ASSASN-15lh comparada com a anterior recordista de luminosidade, iPTF13ajg, e as supernovas normais. A linha a tracejado marca a luminosidade total da Via Láctea.
Crédito: ASASSN-SN team.

Só estrelas muito maciças, com massas superiores a aproximadamente 150 vezes a massa do Sol, e com baixo teor em “metais”, elementos mais pesados do que o hidrogénio e hélio, conseguem produzir uma tal quantidade de 56Ni quando explodem como supernovas. Estrelas como estas são muito raras no Universo actual pois a maior parte do material interestelar, a partir do qual se formam as estrelas, está contaminado com “metais” produzidos por gerações sucessivas de estrelas.

A teoria sugere que estrelas tão maciças não explodem pelo mecanismo de colapso gravitacional do núcleo, que desencadeia uma supernova normal, mas por outro processo designado por pair instability. O interior destas estrelas é extremamente quente devido à enorme massa e à compressão resultante. Num determinado momento da sua evolução, a energia dos fotões de raios gama no interior da estrela, proveniente das reacções nucleares e que sustêm o peso das camadas exteriores, pode tornar-se tão elevada que os fotões se transformam espontaneamente em pares de electrão-positrão (partícula e anti-partícula), daí a palavra pair. Esta reacção absorve uma fracção importante da energia disponível para manter a estrela em equilíbrio, daí a palavra instability, e a zona nuclear começa a contrair-se rapidamente. Ao contrário do que acontece num colapso gravitacional clássico, no entanto, esta contracção aumenta as temperaturas no interior até um nível que despoleta uma cadeia de reacções de fusão nuclear de forma descontrolada, as quais libertam energia suficiente para vencer a gravidade e destruir por completo a estrela.

Esta primeira proposta para explicar a luminosidade extrema das SLSNe foi posta em causa anos mais tarde por Matt Nicholl, do Astrophysics Research Centre, Queen’s School of Mathematics and Physics, e colaboradores. Segundo esta equipa, as SLSNe podem ser mais normais, resultantes do colapso gravitacional de estrelas progenitoras com massas menos extremas do que as postuladas pelo cenário anterior; a energia extra provém não da formação de uma grande quantidade de 56Ni, mas é fornecida por uma magnetar, uma estrela de neutrões com um campo magnético extraordinariamente intenso.

Uma magnetar forma-se nos primeiros instantes de uma supernova.
Crédito: ESO.

As magnetars são extremamente raras; são conhecidas apenas 20 destas estrelas de neutrões em toda a Via Láctea. Estima-se que, no instante em que são criadas, girem em torno do seu eixo de rotação 300 vezes por segundo e tenham um campo magnético mil vezes mais intenso do que o de uma estrela de neutrões normal, mil milhões de milhões de vezes mais intenso do que o campo magnético terrestre. No cenário apresentado pela equipa de Nicholl, uma magnetar formada numa supernova, perde energia rotacional através do seu campo magnético que, por sua vez, transfere essa energia para o plasma que forma o remanescente da supernova.

Os cálculos realizados mostram que a quantidade de energia transferida por este processo de travagem da magnetar permite explicar de forma quase perfeita as observações existentes das SLSNe. Este cenário pode também explicar uma outra característica das magnetars: o facto de terem períodos de rotação anormalmente longos (entre 1 e 10 segundos) quando comparadas com outras estrelas de neutrões, como se, no seu caso, algum mecanismo tivesse sugado essa energia rotacional precocemente.

Nos últimos anos, a hipótese de que as SLSNe são energizadas por magnetars tem ganho momento, com algum suporte observacional. Neste contexto, a descoberta da ASASSN-15lh é um presente envenenado para os astrofísicos pois a quantidade de energia libertada nesta explosão é difícil de explicar com a hipótese da magnetar.

(Fonte: Phys.org, Science)