Observações rápidas realizadas com o Telescópio Muy Grande do Observatório Europeu do Sul (VLT do ESO) capturaram uma estrela em processo de explosão, exatamente quando a explosão atravessava sua superfície. Este momento revelou a forma da explosão em seu estágio mais inicial, uma fase tão breve que teria desaparecido da vista em menos de um dia. Os cientistas há muito esperavam observar esse momento inicial porque ele ajuda a responder perguntas fundamentais sobre como estrelas massivas terminam suas vidas como supernovas.
A SN 2024ggi foi notada pela primeira vez na noite de 10 de abril de 2024, horário local. Nesse momento, Yi Yang, professor assistente da Universidade Tsinghua em Pequim, China, e autor principal do estudo, acabava de chegar a San Francisco após um longo voo. Percebendo a urgência, ele agiu rapidamente. Doze horas depois, ele enviou um pedido de observação ao ESO, que o aprovou logo em seguida. No dia 11 de abril, apenas 26 horas após a descoberta, o VLT no Chile já estava observando o evento.
Uma Explosão Rara e 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, essa distância é próxima o suficiente para investigar a explosão em detalhes. Usando o VLT e instrumentos especializados, a equipe internacional capturou o comportamento inicial da explosão. “As primeiras observações do VLT capturaram a fase em que a matéria acelerada pela explosão perto do centro da estrela atravessou a superfície da estrela. Por algumas horas, a geometria da estrela e de sua explosão pôde ser, e foi, observada em conjunto”, afirma Dietrich Baade, um astrônomo do ESO na Alemanha e coautor do estudo, publicado em 12 de novembro na Science Advances.
“A geometria de uma explosão de supernova fornece informações fundamentais sobre a evolução estelar e os processos físicos que levam a esses fogos de artifício cósmicos,” explica Yang. Os cientistas ainda estão investigando os passos exatos que desencadeiam as explosões de estrelas massivas, definidas como estrelas com mais de oito vezes a massa do Sol. A SN 2024ggi começou como uma supergigante vermelha com uma massa entre 12 e 15 vezes a do Sol e um raio 500 vezes maior. Isso a torna um exemplo clássico de uma estrela massiva se aproximando do fim de sua vida.
O Que Acontece Quando uma Estrela Massiva Fica Sem Combustível
Ao longo de 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 seu combustível, esse equilíbrio colapsa. O núcleo cede, as camadas circundantes caem para dentro e então rebatem contra o centro denso. Esse rebote lança uma onda de choque que viaja para fora, destruindo a estrela.
Assim que a onda de choque atinge a superfície, uma enorme quantidade de energia é liberada e a supernova se torna visível. Durante a pequena janela antes que a explosão interaja com o material circundante, os astrônomos podem estudar a forma inicial do rompimento.
Revelando Geometrias Ocultas com Espectropolorimetria
Para capturar essa estrutura inicial, os astrônomos utilizaram uma técnica chamada ‘espectropolorimetria’. “A espectropolorimetria fornece informações sobre a geometria da explosão que outros tipos de observação não podem oferecer, pois as escalas angulares são muito pequenas,” afirma Lifan Wang, coautor e professor da Texas A&M University, EUA, que começou sua carreira como estudante no ESO. Embora a estrela em explosão apareça como um único ponto de luz, a polarização dessa luz contém sinais sutis sobre a forma da explosão, que a equipe conseguiu decifrar.[1]
O instrumento FORS2 do VLT, a única instalação no hemisfério sul capaz de fazer esse tipo de medição, revelou que a primeira explosão de material se assemelhava à forma de uma azeitona. À medida que a explosão se expandiu e encontrou material circundante à estrela, a forma se tornou mais achatada, embora o eixo de simetria permanecesse consistente. Yang observa que “esses achados 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 Através de Colaboração Global
Essas observações permitem que os cientistas eliminem alguns modelos existentes e aperfeiçoem outros, melhorando nossa compreensão das mortes de estrelas massivas. “Essa descoberta não só reformula nossa compreensão sobre explosões estelares, mas também demonstra o que pode ser alcançado quando a ciência transcende fronteiras,” afirma o coautor e astrônomo do ESO Ferdinando Patat. “É um poderoso lembrete de que a curiosidade, a colaboração e a ação rápida podem desbloquear insights profundos sobre a física que molda nosso Universo.”
Notas
- Partículas de luz (fótons) têm uma propriedade chamada polarização. Em uma esfera, a forma da maioria das estrelas, a polarização dos fótons individuais se cancela, de modo que a polarização líquida do objeto é zero. Quando os astrônomos medem uma polarização líquida não zero, eles podem usar essa medição para inferir a forma do objeto — uma estrela ou uma supernova — que emite a luz observada.
Essa pesquisa foi apresentada em um artigo publicado na Science Advances.
A equipe é composta por Y. Yang (Departamento de Física, Universidade Tsinghua, China), X. Wen (Escola de Física e Astronomia, Universidade Normal de Pequim, China e Universidade Tsinghua), L. Wang (Departamento de Física e Astronomia, Texas A&M University, EUA, e George P. e Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics & Astronomy Texas A&M University, EUA), D. Baade (Organização Europeia para Pesquisa Astronômica no Hemisfério Sul, Alemanha), J. C. Wheeler (Universidade do Texas em Austin, EUA), A. V. Filippenko (Departamento de Astronomia, Universidade da Califórnia, Berkeley, EUA e Hagler Institute for Advanced Study, Texas A&M University, EUA), A. Gal-Yam (Departamento de Física de Partículas e Astrofísica, Instituto Weizmann de Ciências, Israel), J. Maund (Departamento de Física, Royal Holloway, Universidade de Londres, Reino Unido), S. Schulze (Centro para Exploração Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica, Northwestern University, EUA), X. Wang (Universidade Tsinghua), C. Ashall (Departamento de Física, Virginia Tech, EUA e Instituto de Astronomia, Universidade do Havai em Manoa, EUA), M. Bulla (Departamento de Física e Ciência da Terra, Universidade de Ferrara, Itália e INFN, Sezione di Ferrara, Itália e INAF, Osservatório Astronômico de Abruzzo, Itália), A. Cikota (Observatório Gemini/NSF NOIRLab, Chile), H. Gao (Universidade Normal de Pequim e Instituto de Fronteiras em Astronomia e Astrofísica, Universidade Normal de Pequim, China), P. Hoeflich (Departamento de Física, Florida State University, EUA), G. Li (Universidade Tsinghua), D. Mishra (Texas A&M University e IFPA Texas A&M University), Ferdinando Patat (ESO), K. C. Patra (Califórnia e Departamento de Astronomia e Astrofísica, Universidade da Califórnia, Santa Cruz, EUA), S. S. Vasylyev (UC Berkeley), S. Yan (Universidade Tsinghua).
