Novas imagens revelam o que realmente acontece quando estrelas explodem

A equipe de pesquisa internacional relatou o trabalho em Astronomia da Natureza. Eles usaram interferometria no Centro de Astronomia de Alta Resolução Angular (CHARA Array), na Califórnia, um método que combina a luz de vários telescópios para criar imagens extremamente nítidas. Essa resolução adicional tornou possível visualizar diretamente esses eventos em rápida mudança à medida que evoluíam.

“As imagens dão-nos uma visão aproximada de como o material é ejetado para longe da estrela durante a explosão,” disse Gail Schaefer, do estado da Geórgia, diretora do CHARA Array. “Capturar esses eventos transitórios requer flexibilidade para adaptar nossa programação noturna à medida que novos alvos de oportunidade são descobertos”.

O que é uma Nova e por que as ondas de choque são importantes

Uma nova acontece em um sistema binário próximo quando uma anã branca, o denso núcleo remanescente de uma estrela, extrai gás de uma companheira próxima. À medida que o material roubado se acumula, ele pode desencadear uma reação nuclear descontrolada, provocando um brilho repentino no céu. Até recentemente, os astrônomos tinham que juntar as peças dos primeiros estágios indiretamente, porque os detritos em expansão pareciam um único ponto de luz.

Ver exatamente como o material ejetado explode e interage é fundamental para explicar como as ondas de choque se formam nas novas. Esses choques foram inicialmente associados a novas pelo Fermi Large Area Telescope (LAT) da NASA. Durante os seus primeiros 15 anos, o Fermi-LAT detectou emissões de GeV de mais de 20 novas, mostrando que estas erupções podem produzir raios gama na nossa galáxia e apontando para a sua promessa como fontes multi-mensageiras.

Duas Novae 2021 com comportamento muito diferente

A equipe se concentrou em duas novas que eclodiram em 2021 e descobriu que elas se comportavam de maneiras surpreendentemente diferentes. A Nova V1674 Herculis foi uma das mais rápidas já registradas, aumentando e desaparecendo em poucos dias. As imagens revelaram dois fluxos de gás separados movendo-se em direções perpendiculares – um sinal de que o evento envolveu múltiplas ejeções interagindo entre si. O momento foi especialmente revelador: os novos fluxos apareceram nas imagens enquanto o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA também detectava raios gama de alta energia, conectando diretamente a radiação alimentada pelo choque a esses fluxos em colisão.

A Nova V1405 Cassiopeiae se desdobrou muito mais lentamente. Inesperadamente, manteve as suas camadas exteriores durante mais de 50 dias antes de as libertar, oferecendo a evidência mais clara de uma expulsão retardada numa nova. Quando esse material finalmente se libertou, desencadeou novos choques, e o Fermi da NASA observou novamente os raios gama ligados à violência renovada.

“Estas observações permitem-nos observar uma explosão estelar em tempo real, algo que é muito complicado e há muito considerado extremamente desafiante,” disse Elias Aydi, principal autor do estudo e professor de física e astronomia na Texas Tech University. “Em vez de ver apenas um simples flash de luz, estamos agora a descobrir a verdadeira complexidade de como estas explosões se desenrolam. É como passar de uma fotografia granulada a preto e branco para um vídeo de alta definição.”

A interferometria revela estrutura e espectros confirmam os detalhes

A capacidade de ver uma estrutura tão fina vem da interferometria, o mesmo tipo de técnica usada para ajudar a visualizar o buraco negro no centro da nossa galáxia. A equipe também comparou as imagens com espectros de grandes instalações como a Gemini. Esses espectros rastrearam assinaturas variáveis ​​no gás ejetado, e novas características espectrais combinaram com estruturas vistas nas imagens interferométricas, fornecendo uma confirmação direta de como os fluxos estavam se formando e colidindo.

“Este é um salto extraordinário”, disse John Monnier, professor de astronomia na Universidade de Michigan, coautor do estudo e especialista em imagens interferométricas. “O facto de podermos agora observar a explosão de estrelas e ver imediatamente a estrutura do material a ser lançado no espaço é notável. Abre uma nova janela para alguns dos acontecimentos mais dramáticos do Universo.”

O que isso muda nas explosões estelares e nos raios gama

As descobertas mostram que as novas podem ser muito mais complicadas do que uma única explosão repentina. Também ajudam a explicar porque é que estes eventos geram choques fortes que produzem luz de alta energia, incluindo raios gama. O telescópio Fermi da NASA tem sido fundamental para descobrir essa ligação, transformando novas em laboratórios do mundo real para estudar a física do choque e a aceleração de partículas.

“As novas são mais do que fogos de artifício na nossa galáxia – são laboratórios de física extrema”, disse a professora Laura Chomiuk, coautora da Universidade Estadual de Michigan e especialista em explosões estelares. “Ao ver como e quando o material é ejetado, podemos finalmente ligar os pontos entre as reações nucleares na superfície da estrela, a geometria do material ejetado e a radiação de alta energia que detectamos do espaço.”

No geral, os resultados desafiam a ideia de longa data de que as erupções de novas são eventos únicos e impulsivos. Em vez disso, as observações apontam para múltiplas maneiras pelas quais uma nova pode se desdobrar, incluindo vários fluxos e liberação retardada do envelope externo da estrela, remodelando a forma como os cientistas entendem esses episódios explosivos.

“Este é apenas o começo”, disse Aydi. “Com mais observações como estas, podemos finalmente começar a responder a grandes questões sobre como as estrelas vivem, morrem e afetam o seu ambiente. As novas, antes vistas como simples explosões, estão a revelar-se muito mais ricas e fascinantes do que imaginávamos.”

As imagens das duas novas foram coletadas através do programa de acesso aberto CHARA Array, apoiado pela National Science Foundation sob os subsídios nº AST-2034336 e AST-2407956. A Faculdade de Artes e Ciências do Estado da Geórgia, o Gabinete do Reitor e o Gabinete do Vice-Presidente para Pesquisa e Desenvolvimento Econômico também fornecem apoio institucional para o CHARA Array.