2481: Aniquilação total para estrelas super-massivas

Impressão de artista da super-nova por instabilidade de pares SN 2016iet.
Crédito: Observatório Gemini/NSF/AURA; ilustração por Joy Pollard

Uma estrela renegada, que explodiu numa galáxia distante, forçou os astrónomos a colocar de lado décadas de investigação e a concentraram-se num novo tipo de super-nova que pode aniquilar completamente a sua estrela-mãe – não deixando nenhum remanescente para trás. O evento de assinatura, algo que os astrónomos nunca haviam testemunhado antes, pode representar o modo pelo qual as estrelas mais massivas do Universo, incluindo as primeiras estrelas, morrem.

O satélite Gaia da ESA notou pela primeira vez a super-nova, conhecida como SN 2016iet, no dia 14 de Novembro de 2016. Três anos de observações intensivas de acompanhamento com uma variedade de telescópios, incluindo o Gemini Norte no Hawaii, o Observatório MMT de Harvard e do Smithsonian, localizado no Observatório Fred Lawrence Whipple em Amado, Arizona, EUA, e os Telescópios Magellan, no Observatório Las Campanas, no Chile, forneceram perspectivas cruciais sobre a distância e a composição do objecto.

“Os dados do Gemini forneceram uma visão mais profunda da super-nova do que qualquer outra das nossas observações,” disse Edo Berger do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica e membro da equipa de investigação. “Isto permitiu-nos estudar SN 2016iet mais de 800 dias após a sua descoberta, quando diminuiu para um centésimo do seu brilho máximo.”

Chris Davis, director de programas na NSF (National Science Foundation), uma das agências patrocinadoras do Gemini, acrescentou: “Estas observações notáveis do Gemini demonstram a importância de estudar o Universo em constante mudança. A procura, nos céus, por eventos explosivos repentinos, a sua observação rápida e, igualmente importante, a sua monitorização ao longo de dias, semanas, meses, e às vezes até anos é fundamental para obter uma visão geral. Daqui a apenas alguns anos, o LSST (Large Synoptic Survey Telescope) da NSF irá descobrir milhares destes eventos e o Gemini está bem posicionado para fazer o trabalho crucial de acompanhamento.”

Neste caso, este olhar profundo revelou apenas uma fraca emissão de hidrogénio na posição da super-nova, evidenciando que a estrela progenitora de SN 2016iet viveu numa região isolada com muito pouca formação estelar. Este é um ambiente invulgar para uma estrela tão massiva. “Apesar de procurarmos, há décadas, milhares de super-novas,” retomou Berger, “esta parece diferente de tudo o que já vimos antes. Às vezes, vemos super-novas que são invulgares num único aspecto, mas que por outro lado são normais; esta é única de todas as maneiras possíveis.”

SN 2016iet tem uma infinidade de excentricidades, incluindo a sua duração incrivelmente longa, grande energia, impressões digitais químicas incomuns e ambiente pobre em elementos mais pesados – para os quais não existem análogos óbvios na literatura astronómica.

“Quando percebemos o quão invulgar era SN 2016iet, a minha reacção foi ‘Whoa – será que está algo horrivelmente errado com os nossos dados?'” disse Sebastian Gomez, também do Centro para Astrofísica e autor principal da investigação. A pesquisa foi publicada na edição de 15 de Agosto da revista The Astrophysical Journal.

A natureza invulgar de SN 2016iet, como revelado pelo Gemini e por outros dados, sugere que começou a sua vida como uma estrela com cerca de 200 vezes a massa do nosso Sol – tornando-se uma das explosões estelares mais massivas e poderosas já observadas. Evidências crescentes sugerem que as primeiras estrelas nascidas no Universo podem ter sido igualmente massivas. Os astrónomos previram que se tais gigantes mantiverem a sua massa durante a sua breve vida (alguns milhões de anos), morrerão como super-novas por instabilidade de pares, que recebe o nome dos pares de matéria-antimatéria formados na explosão.

A maioria das estrelas massivas terminam as suas vidas num evento explosivo que expele matéria rica em metais pesados para o espaço, enquanto o seu núcleo colapsa numa estrela de neutrões ou buraco negro. Mas as super-novas por instabilidade de pares pertencem a outra classe. O núcleo em colapso produz enormes quantidades de raios-gama, levando a uma produção descontrolada de pares de partículas e anti-partículas que, eventualmente, desencadeiam uma explosão termonuclear catastrófica que aniquila toda a estrela, incluindo o núcleo.

Os modelos de super-novas por instabilidade de pares prevêem que ocorrerão em ambientes pobres em metais (termo astronómico para elementos mais pesados do que o hidrogénio e hélio), como em galáxias anãs e no Universo inicial – e a investigação da equipa descobriu exactamente isso. O evento ocorreu a uma distância de mil milhões de anos-luz numa galáxia anã, anteriormente não catalogada, pobre em metais. “Esta é a primeira super-nova em que o conteúdo de massa e metal da estrela está no intervalo previsto pelos modelos teóricos,” disse Gomez.

Outra característica surpreendente é a localização de SN 2016iet. A maioria das estrelas massivas nasce em enxames densos de estrelas, mas SN 2016iet formou-se isolada a cerca de 54.000 anos-luz do centro da sua galáxia anã hospedeira.

“Como uma estrela tão massiva se pode formar em completo isolamento ainda é um mistério,” acrescentou Gomez. “Na nossa vizinhança cósmica local, só conhecemos algumas estrelas que se aproximam da massa da estrela que explodiu e deu origem a SN 2016iet, mas todas vivem em enxames gigantescos com milhares de outras estrelas.” A fim de explicar a longa duração do evento e a sua lenta evolução de brilho, a equipa avança a ideia de que a estrela progenitora expeliu matéria para o seu ambiente circundante a um ritmo de cerca de três vezes a massa do Sol por ano durante uma década antes da explosão estelar. Quando a estrela finalmente se tornou super-nova, os detritos colidiram com este material, alimentando a emissão de SN 2016iet.

“A maioria das super-novas desaparecem e tornam-se invisíveis contra o brilho das suas galáxias hospedeiras em poucos meses. Mas dado que SN 2016iet é tão brilhante e está tão isolada, podemos estudar a sua evolução durante anos,” acrescentou Gomez. “A ideia das super-novas por instabilidade de pares existe há décadas,” disse Berger. “Mas termos, finalmente, o primeiro exemplo observacional que coloca uma estrela moribunda no regime correto de massa, com o comportamento correto, e numa galáxia anã pobre em metais, é um incrível passo em frente.”

Há não muito tempo atrás, não se sabia se tais estrelas super-massivas podiam realmente existir. A descoberta e as observações de acompanhamento de SN 2016iet forneceram evidências claras da sua existência e do potencial para afectar o desenvolvimento do Universo inicial. “O papel do Gemini nesta descoberta surpreendente é significativo,” disse Gomez, “pois ajuda-nos a entender melhor como o Universo primordial se desenvolveu depois da sua ‘idade das trevas’ – quando não ocorreu formação estelar – para formar o esplêndido Universo que vemos hoje.”

Astronomia On-line
20 de Agosto de 2019