O remanescente de supernova 3C 397, no centro, observado pelos Telescópios Espaciais Chandra (púrpura) e Suzaku (azul claro) — o fundo é uma imagem em comprimentos do visível extraída do Digitized Sky Survey. Um estudo das abundâncias de elementos pesados no remanescente mostra que a supernova que lhe deu origem foi de tipo Ia, e envolveu a explosão termonuclear de uma única anã branca com uma massa próxima do limite de Chandrasekhar. Crédito: NASA/Suzaku, NASA/CXC, DSS, e NASA/JPL-Caltech.
Uma equipa de astrónomos utilizou dados de arquivo do observatório de raios-X japonês Suzaku para determinar a massa de uma anã branca que explodiu há milhares de anos numa supernova de tipo Ia. O estudo suporta um cenário em que a supernova resultou da explosão termonuclear de uma única anã branca e não da colisão de duas anãs brancas num sistema binário. O estudo tem implicações importantes para a compreensão das supernovas de tipo Ia, uma ferramenta fundamental na cosmologia moderna para a compreensão da expansão do Universo e da Energia Negra.
Estrelas semelhantes ao Sol, ou mesmo um pouco mais maciças, terminam as suas vidas projectando as suas camadas mais exteriores para o espaço, devido a instabilidades internas, deixando para trás um núcleo quente formado por átomos de carbono e oxigénio previamente sintetizados na estrela. A este núcleo, que tem no máximo 1.4 vezes a massa do Sol e é aproximadamente do tamanho da Terra, dá-se o nome de “anã branca”. Os átomos de carbono e oxigénio numa anã branca encontram-se compactados tanto quanto é permitido pelas leis da mecânica quântica, tornando a anã estável. A densidade do material é enorme: 1 centímetro cúbico pesa cerca de 1 tonelada! As anãs brancas isoladas são inertes e estão condenadas a arrefecer gradualmente ao longo de milhares de milhões de anos, até se tornarem invisíveis, tal qual uma brasa a apagar-se.
No entanto, desde há muitos anos que os astrónomos suspeitam que anãs brancas em sistemas binários, e.g., uma estrela normal e uma anã branca orbitando um centro de gravidade comum, podem ter um destino diferente se as condições certas se proporcionarem. A anã branca pode capturar material da estrela normal e “engordar” até atingir o limite de 1.4 massas solares (designado por Limite de Chandrasekhar) altura em que se dá a ignição da fusão explosiva (descontrolada) do carbono, provocando uma explosão termonuclear que destrói por completo a estrela. Esta explosão é designada de supernova e é de um tipo especial conhecido por Ia (Um-A). As elevadíssimas temperaturas a que é submetido o material da estrela durante a explosão e a abundância de partículas livres, especialmente núcleos de hélio e neutrões, permitem a síntese de novos elementos químicos a partir da matéria prima original de carbono e oxigénio.
Um dos cenários para uma supernova de tipo Ia. Uma anã branca captura material proveniente de uma estrela normal num sistema binário. A explosão termonuclear ocorre quando a anã se aproxima do limite de Chandrasekhar.
Existe, no entanto, um cenário alternativo em que o sistema binário é formado por duas anãs brancas que gradualmente perdem energia orbital, aproximando-se numa espiral fatídica ao longo de milhões de anos. Finalmente, acabam por colidir e é este evento que provoca a ignição da fusão explosiva do carbono e origina a respectiva supernova de tipo Ia. Há cada vez mais evidência de que ambos os cenários podem dar origem a este tipo de supernovas, mas não se sabe qual deles é predominante e qual a fracção de eventos correspondente. Para melhor compreender a génese destas supernovas — com implicações importantes noutras áreas da astrofísica, e.g., a cosmologia — , os astrónomos podem observar remanescentes de supernovas e tentar deduzir qual o cenário que lhe deu origem. De facto, os dois cenários produzem diferentes abundâncias de elementos pesados, nomeadamente de manganês e níquel, que poderão ser observadas no remanescente.
Num cenário alternativo, duas anãs brancas num sistema binário orbitam cada vez mais próximo uma da outra até colidirem. A colisão desencadeia a fusão explosiva do carbono e a respectiva supernova de tipo Ia.
Uma equipa de astrónomos fez isso mesmo com o remanescente 3C 397, situado a 33 mil anos-luz, na direcção da constelação da Águia. Este remanescente tem uma idade de poucos milhares de anos. A equipa usou imagens de arquivo obtidas em Outubro de 2010 pelo telescópio de raios-X Suzaku, que observou o remanescente durante 19 horas. Os diferentes elementos presentes no remanescente brilham em comprimentos de onda específicos nos raios-X, devido à elevada temperatura a que se encontra o material, sendo por isso possível estimar a sua abundância relativa. A equipa concluiu que as abundâncias observadas de manganês e níquel são consistentes apenas com um cenário em que a supernova que deu origem ao 3C 397 foi devida à explosão termonuclear de uma anã branca, e não à colisão e subsequente explosão de duas dessas estrelas.
“Conseguimos determinar qual dos cenários foi responsável por uma supernova analisando as abundâncias de manganês e níquel no remanescente” — diz-nos o astrofísico Brian Williams, do Goddard Space Flight Center, — “Uma explosão provocada por uma anã branca única próximo do limite de Chandrasekhar produzirá estes elementos com abundâncias diferentes dos que seriam observados para um cenário de colisão.”.
(Fonte: Phys.org)
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