Astrônomos revelam a surpreendente geometria oculta de uma supernova

SN 2024ggi foi notado pela primeira vez na noite de 10 de abril de 2024, horário local. Naquele momento, Yi Yang, professor assistente da Universidade Tsinghua, em Pequim, na China, e principal autor do estudo, acabava de chegar a São Francisco após um longo voo. Percebendo a urgência, ele agiu rapidamente. Doze horas depois, apresentou um pedido de observação ao ESO, que o aprovou pouco depois. No dia 11 de abril, apenas 26 horas após a descoberta, o VLT no Chile já estava observando o evento.

Uma rara explosão próxima

A supernova está localizada na galáxia NGC 3621, na direção da constelação de Hidra, a aproximadamente 22 milhões de anos-luz de distância. Para os astrônomos, esta distância é próxima o suficiente para investigar a explosão em detalhes. Utilizando o VLT e instrumentos especializados, a equipa internacional capturou o comportamento inicial da explosão. “As primeiras observações do VLT capturaram a fase durante a qual a matéria acelerada pela explosão perto do centro da estrela atravessou a superfície da estrela. Durante algumas horas, a geometria da estrela e da sua explosão puderam ser, e foram, observadas em conjunto,” diz Dietrich Baade, astrónomo do ESO na Alemanha e co-autor do estudo, publicado a 12 de Novembro na revista. Avanços da Ciência.

“A geometria de uma explosão de supernova fornece informações fundamentais sobre a evolução estelar e os processos físicos que levam a estes fogos de artifício cósmicos”, explica Yang. Os cientistas ainda estão investigando as etapas exatas que desencadeiam as explosões de estrelas massivas, definidas como estrelas com mais de oito vezes a massa do Sol. SN 2024ggi começou como uma supergigante vermelha com uma massa entre 12 e 15 vezes a do Sol e um raio 500 vezes maior. Isto faz dele um exemplo clássico de uma estrela massiva que se aproxima do fim da sua vida.

O que acontece quando uma estrela enorme fica sem combustível

Ao longo da sua vida, uma estrela mantém uma forma esférica estável porque a gravidade puxa para dentro enquanto a pressão da fusão nuclear empurra para fora. Quando a estrela esgota o seu combustível, esse equilíbrio entra em colapso. O núcleo cede, as camadas circundantes caem para dentro e depois ricocheteiam no centro denso. Esta recuperação lança uma onda de choque que viaja para fora, destruindo a estrela.

Assim que o choque atinge a superfície, a energia é libertada em enormes quantidades e a supernova torna-se visível. Durante o curto espaço de tempo antes da explosão interagir com o material circundante, os astrónomos podem estudar a forma inicial da erupção.

Revelando geometria oculta com espectropolarimetria

Para capturar esta estrutura inicial, os astrónomos usaram uma técnica chamada “espectropolarimetria”. “A espectropolarimetria fornece informação sobre a geometria da explosão que outros tipos de observação não conseguem fornecer porque as escalas angulares são demasiado pequenas,” diz Lifan Wang, co-autor e professor da Texas A&M University, nos EUA, que iniciou a sua carreira como estudante no ESO. Embora a estrela em explosão apareça como um único ponto de luz, a polarização dessa luz contém sinais subtis sobre a forma da explosão, que a equipa descodificou com sucesso.⁽¹⁾

O instrumento FORS2 do VLT, a única instalação no hemisfério sul capaz de fazer este tipo de medição, revelou que a primeira explosão de material assemelhava-se à forma de uma azeitona. À medida que a explosão se expandiu e encontrou material que rodeia a estrela, a forma tornou-se mais plana, embora o eixo de simetria permanecesse consistente. Yang observa que “estas descobertas sugerem um mecanismo físico comum que impulsiona a explosão de muitas estrelas massivas, que manifesta uma simetria axial bem definida e atua em grandes escalas”.

Avançando a ciência das supernovas por meio da colaboração global

Estas observações permitem aos cientistas eliminar alguns modelos existentes e refinar outros, melhorando a nossa compreensão das mortes de estrelas massivas. “Esta descoberta não só remodela a nossa compreensão das explosões estelares, mas também demonstra o que pode ser alcançado quando a ciência transcende fronteiras,” afirma o co-autor e astrónomo do ESO Ferdinando Patat. “É um lembrete poderoso de que a curiosidade, a colaboração e a ação rápida podem desbloquear insights profundos sobre a física que molda o nosso Universo.”

Notas

1. Partículas de luz (fótons) possuem uma propriedade chamada polarização. Numa esfera, com o formato da maioria das estrelas, a polarização dos fótons individuais se anula, de modo que a polarização líquida do objeto é zero. Quando os astrónomos medem uma polarização líquida diferente de zero, podem usar essa medição para inferir a forma do objeto – uma estrela ou uma supernova – que emite a luz observada.

Esta pesquisa foi apresentada em artigo publicado em Avanços da Ciência.

A equipe é composta por Y. Yang (Departamento de Física, Universidade de Tsinghua, China (Universidade de Tsinghua)), X. Wen (Escola de Física e Astronomia, Universidade Normal de Pequim, China (Universidade Normal de Pequim) e Universidade de Tsinghua), L. Wang (Departamento de Física e Astronomia, Texas A&M University, EUA (Texas A&M University) e George P. e Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics & Astronomy Texas A&M University, EUA (IFPA Texas A&M University)), D. Baade (Organização Europeia para Pesquisa Astronômica no Hemisfério Sul, Alemanha (ESO)), JC Wheeler (Universidade do Texas em Austin, EUA), AV Filippenko (Departamento de Astronomia, Universidade da Califórnia, Berkeley, EUA (UC Berkeley) e Hagler Institute for Advanced Study, Texas A&M University, EUA), A. Gal-Yam (Departamento de Física de Partículas e Astrofísica, Weizmann Institute of Science, Israel); INFN, Sezione di Ferrara, Itália e INAF, Osservatorio Astronomico d’Abruzzo, Itália), A. Cikota (Observatório Gemini/NSF NOIRLab, Chile), H. Gao (Universidade Normal de Pequim e Instituto de Fronteira em Astronomia e Astrofísica, Universidade Normal de Pequim, China), P. Hoeflich (Departamento de Física, Universidade Estadual da Flórida, EUA), G. Li (Universidade de Tsinghua), D. Mishra (Texas A&M University e IFPA Texas A&M University), Ferdinando Patat (ESO), KC Patra (Califórnia e Departamento de Astronomia e Astrofísica, Universidade da Califórnia, Santa Cruz, EUA), SS Vasylyev (UC Berkeley), S. Yan (Universidade de Tsinghua).