Um novo tipo de supernova e um antigo mistério
Las Cumbres Observatory e Hubble Space Telescope composição colorida da supernova de captura de elétrons 2018zd (o grande ponto branco à direita) e a galáxia hospedeira NGC 2146 (em direção à esquerda). Crédito: NASA / STScI / J. DePasquale; LCO
Uma equipe mundial liderada por cientistas do Observatório Las Cumbres descobriu a primeira evidência convincente de um novo tipo de explosão estelar - uma supernova de captura de elétrons. Embora tenham sido teorizados por 40 anos, os exemplos do mundo real foram evasivos. Acredita-se que elas surjam das explosões de estrelas maciças de ramos gigantes superassintóticos (SAGB), para as quais também existem evidências escassas. A descoberta também lança uma nova luz sobre o mistério milenar da supernova de 1054 DC que foi vista em todo o mundo durante o dia, antes de eventualmente se tornar a Nebulosa do Caranguejo.
Historicamente, existem dois tipos principais de supernovas. Uma é uma supernova termonuclear - a explosão de uma estrela anã branca após ganhar matéria em um sistema estelar binário. Essas anãs brancas são os núcleos densos de cinzas que permanecem depois que uma estrela de baixa massa (uma com cerca de 8 vezes a massa do Sol) atinge o fim de sua vida.
Outro tipo principal de supernova é uma supernova de colapso de núcleo de ferro onde uma estrela massiva - uma com mais de 10 vezes a massa do Sol - fica sem combustível nuclear e tem seu colapso de núcleo de ferro, criando um buraco negro ou estrela de nêutrons. As supernovas de captura de elétrons estão na fronteira entre esses dois tipos de supernovas. As estrelas param de se fundir quando seus núcleos são feitos de oxigênio, neon e magnésio; eles não são maciças o suficiente para criar o ferro.
Embora a gravidade esteja sempre tentando esmagar uma estrela, o que impede a maioria das estrelas de entrar em colapso é a fusão contínua ou em núcleos onde a fusão parou, o fato de que você não pode compactar os átomos com mais força. Em uma supernova de captura de elétrons, alguns dos elétrons no núcleo de oxigênio - neônio - magnésio são esmagados em seus núcleos atômicos, em um processo chamado de captura de elétrons. Essa remoção de elétrons faz com que o núcleo da estrela se curve sob seu próprio peso e entre em colapso, resultando em uma supernova de captura de elétrons.
Se a estrela fosse um pouco mais pesada, os elementos centrais poderiam ter se fundido para criar elementos mais pesados, prolongando sua vida. Portanto, é uma espécie de situação Cachinhos Dourados reversa: a estrela não é leve o suficiente para escapar do colapso de seu núcleo, nem é pesada o suficiente para prolongar sua vida e morrer mais tarde por meios diferentes.
Essa é a teoria que foi formulada no início de 1980 por Ken'ichi Nomoto, da Universidade de Tóquio, e outros. Ao longo das décadas, os teóricos formularam previsões sobre o que procurar em uma supernova de captura de elétrons e seus progenitores SAGB. As estrelas deveriam ter muita massa, perder grande parte dela antes de explodir, e essa massa próxima à estrela moribunda deveria ter uma composição química incomum. Então, a supernova de captura de elétrons deve ser fraca, ter pouca precipitação radioativa e ter elementos ricos em nêutrons no núcleo.
O novo estudo, publicado na Nature Astronomy , é liderado por Daichi Hiramatsu, um estudante de graduação da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara (UCSB), e Las Cumbres Observatory (LCO). Hiramatsu é um membro central do Global Supernova Project, uma equipe mundial de cientistas que usa dezenas de telescópios ao redor e acima do globo. A equipe descobriu que a supernova SN 2018zd tinha muitas características incomuns, algumas das quais foram vistas pela primeira vez em uma supernova.
Ajudou o fato de a supernova estar relativamente próxima - a apenas 31 milhões de anos-luz de distância - na galáxia NGC 2146. Isso permitiu à equipe examinar imagens de arquivo, tiradas antes da explosão, do Telescópio Espacial Hubble e detectar a provável estrela progenitora antes dela ter explodido. As observações foram consistentes com outra estrela SAGB recentemente identificada na Via Láctea, mas inconsistente com os modelos de supergigantes vermelhas, as progenitoras das supernovas normais do colapso do núcleo de ferro.
O estudo analisou todos os dados publicados sobre supernovas e descobriu que, embora alguns tivessem alguns dos indicadores previstos para supernovas de captura de elétrons, apenas SN 2018zd tinha todos os seis - um progenitor SAGB aparente, forte perda de massa pré-supernova, um estelar incomum composição química, uma explosão fraca, pouca radioatividade e um núcleo rico em nêutrons.
“Começamos perguntando 'o quê tem isso de esquisito?'”, Disse Hiramatsu. “Em seguida, examinamos todos os aspectos do SN 2018zd e percebemos que todos eles podem ser explicados no cenário de captura de elétrons.”
As novas descobertas também iluminam alguns mistérios da supernova mais famosa do passado. Em 1054 DC, uma supernova aconteceu na Galáxia da Via Láctea e, de acordo com os registros chineses e japoneses, era tão brilhante que podia ser vista durante o dia por 23 dias e à noite por quase dois anos.
O remanescente resultante, a Nebulosa do Caranguejo, foi estudado detalhadamente. Anteriormente, era o melhor candidato para uma supernova de captura de elétrons, mas isso era incerto em parte porque a explosão aconteceu há quase mil anos. O novo resultado aumenta a confiança de que o SN 1054 histórico foi uma supernova de captura de elétrons. Também explica por que essa supernova era relativamente brilhante em comparação com os modelos
O Dr. Ken Nomoto, do Kavli IPMU da Universidade de Tóquio, ficou animado com a confirmação de sua teoria, acrescentando "Estou muito satisfeito que a supernova de captura de elétrons foi finalmente descoberta, que meus colegas e eu previmos existir e ter uma conexão à Nebulosa do Caranguejo há 40 anos. Agradeço muito os grandes esforços envolvidos na obtenção dessas observações. Este é um caso maravilhoso de combinação de observações e teoria."
Hiramatsu acrescentou: “Foi um 'momento Eureka' para todos nós que podemos contribuir para fechar o ciclo teórico de 40 anos, e para mim pessoalmente, porque minha carreira na astronomia começou quando eu olhei para as fotos impressionantes do Universo na biblioteca do colégio, um dos quais era a icônica Nebulosa do Caranguejo tomada pelo Telescópio Espacial Hubble.”
“O termo Pedra da Roseta é usado com muita frequência como uma analogia quando encontramos um novo objeto astrofísico”, disse o Dr. Andrew Howell, cientista da equipe do Observatório Las Cumbres e professor adjunto da UCSB, “mas neste caso acho que é apropriado.
Esta supernova está literalmente nos ajudando a decodificar registros milenares de culturas em todo o mundo. E está nos ajudando a associar uma coisa que não entendemos totalmente, a Nebulosa do Caranguejo, com outra coisa sobre a qual temos registros modernos incríveis, esta supernova. No processo, ele está nos ensinando sobre a física fundamental: como algumas estrelas de nêutrons são feitas, como estrelas extremas vivem e morrem e sobre como os elementos de que somos feitos são criados e espalhados pelo universo. ” O Dr. Howell é o líder do Global Supernova Project e o conselheiro de PhD do autor principal.
Fonte: Las Cumbres Observatory - LCO Crédito: NASA / STScI / J. DePasquale; LCO https://lco.global/news/a-new-type-of-supernova-illuminates-an-old-mystery/
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