Uma equipe de astrônomos liderada pela Northwestern University capturou a imagem mais clara e detalhada de uma estrela moribunda antes de sua dramática explosão.
Utilizando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, o grupo internacional identificou a fonte de uma supernova, conhecida como seu progenitor, pela primeira vez em luz mid-infravermelha. Quando combinados com observações arquivadas do Telescópio Espacial Hubble, os dados revelaram que a explosão teve origem em uma enorme estrela supergigante vermelha envolta em um inesperado manto de poeira.
Essa descoberta pode finalmente explicar por que os astrônomos raramente veem supergigantes vermelhos explodirem, mesmo que os modelos prevejam que eles deveriam representar a maior parte das supernovas de colapso de núcleo. As novas descobertas sugerem que essas enormes estrelas realmente explodem, mas frequentemente ficam ocultas pela espessa camada de poeira. Graças à poderosa visão infravermelha do JWST, os cientistas agora podem ver através da poeira obstrutiva, preenchendo a lacuna de longa data entre teoria e observação.
A pesquisa, publicada em 8 de outubro na The Astrophysical Journal Letters, representa a primeira detecção confirmada de uma estrela progenitora de supernova pelo JWST.
“Por várias décadas, temos tentado determinar exatamente como são as explosões de estrelas supergigantes vermelhas”, disse Charlie Kilpatrick, da Northwestern, que liderou o estudo. “Somente agora, com o JWST, temos finalmente a qualidade dos dados e as observações infravermelhas que nos permitem afirmar precisamente qual foi o tipo exato de supergigante vermelho que explodiu e como era seu ambiente imediato. Estávamos esperando por isso – por uma supernova explodir em uma galáxia que o JWST já havia observado. Combinamos os conjuntos de dados do Hubble e do JWST para caracterizar completamente essa estrela pela primeira vez.”
Kilpatrick, professor assistente de pesquisa no Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica da Northwestern, é um especialista nos ciclos de vida de estrelas massivas. Seu coautor, Aswin Suresh, estudante de pós-graduação em física e astronomia na Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern, desempenhou um papel fundamental na análise.
Progenitor mais avermelhado e empoeirado já observado
A equipe primeiro detectou a supernova, chamada SN2025pht, em 29 de junho de 2025, utilizando o All-Sky Automated Survey of Supernovae. A luz do evento atravessou a próxima galáxia espiral NGC 1637, localizada a cerca de 40 milhões de anos-luz da Terra.
Ao comparar imagens do Hubble e do JWST da NGC 1637 tiradas antes e depois da explosão, Kilpatrick, Suresh e seus colaboradores localizaram a estrela progenitora. Ela se destacou por ser brilhante e intensamente vermelha. Embora a estrela emitisse cerca de 100.000 vezes mais luz do que o Sol, grande parte de seu brilho estava oculta pela poeira ao redor. A camada de poeira era tão densa que fazia a estrela parecer mais de 100 vezes mais fraca na luz visível do que seria caso não houvesse poeira. Como a poeira bloqueava comprimentos de onda mais curtos e azuis, a aparência da estrela mudou dramaticamente para o vermelho.
“É a supergigante vermelha mais avermelhada e empoeirada que já vimos explodir como uma supernova,” disse Suresh.
Estrelas massivas em estágios avançados de suas vidas, as supergigantes vermelhas são algumas das maiores estrelas do universo. Quando seus núcleos colapsam, elas explodem como supernovas do Tipo II, deixando para trás uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. O exemplo mais conhecido de uma supergigante vermelha é Betelgeuse, a brilhante estrela avermelhada no ombro da constelação de Orion.
“A SN2025pht é surpreendente porque parecia muito mais avermelhada do que quase qualquer outra supergigante vermelha que vimos explodir como uma supernova,” acrescentou Kilpatrick. “Isso nos diz que explosões anteriores podem ter sido muito mais luminosa do que pensávamos, porque não tínhamos a mesma qualidade de dados infravermelhos que o JWST pode agora fornecer.”
Pistas escondidas na poeira
A grande quantidade de poeira pode ajudar a explicar por que os astrônomos têm lutado para encontrar progenitores supergigantes vermelhos. A maioria das estrelas massivas que explodem como supernovas são os objetos mais brilhantes e luminosos do céu. Portanto, teoricamente, deveriam ser fáceis de detectar antes de explodirem. Mas esse não tem sido o caso.
Astrônomos postulam que as estrelas mais massivas em fase de envelhecimento também podem ser as mais empoeiradas. Esses grossos mantos de poeira podem diminuir a luz das estrelas a ponto de torná-las completamente indetectáveis. As novas observações do JWST apoiam essa hipótese.
“Eu tenho defendido essa interpretação, mas mesmo eu não esperava ver um exemplo tão extremo quanto a SN2025pht,” disse Kilpatrick. “Isso explicaria por que esses supergigantes mais massivos estão desaparecendo porque tendem a ser mais empoeirados.”
Além da presença da poeira em si, a composição da poeira também foi surpreendente. Enquanto as supergigantes vermelhas tendem a produzir poeira rica em oxigênio e silicatos, a poeira desta estrela parecia rica em carbono. Isso sugere que convecções poderosas nos últimos anos da estrela podem ter puxado carbono de seu interior, enriquecendo sua superfície e alterando o tipo de poeira que ela produzia.
“Os comprimentos de onda infravermelhos de nossas observações se sobrepõem a uma característica importante da poeira de silicato que é característica de alguns espectros de supergigantes vermelhas,” disse Kilpatrick. “Isso nos diz que o vento era muito rico em carbono e menos rico em oxigênio, o que também foi um pouco surpreendente para uma supergigante vermelha dessa massa.”
Uma nova era para estrelas explosivas
O novo estudo marca a primeira vez que os astrônomos usaram o JWST para identificar diretamente uma estrela progenitora de supernova, abrindo caminho para muitas mais descobertas. Ao capturar luz em todo o espectro infravermelho próximo e médio, o JWST pode revelar estrelas ocultas e fornecer peças faltantes sobre como as estrelas mais massivas vivem e morrem.
A equipe agora está em busca de supergigantes vermelhas semelhantes que podem explodir como supernovas no futuro. Observações pelo próximo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA podem ajudar nessa busca. O Roman terá resolução, sensibilidade e cobertura de comprimento de onda infravermelho para ver essas estrelas e, potencialmente, testemunhar sua variabilidade enquanto expelirão grandes quantidades de poeira perto do fim de suas vidas.
“Com o lançamento do JWST e o próximo lançamento do Roman, este é um momento emocionante para estudar estrelas massivas e progenitores de supernovas,” disse Kilpatrick. “A qualidade dos dados e novas descobertas que faremos superarão qualquer coisa observada nos últimos 30 anos.”
O estudo, “The Type II SN 2025pht in NGC 1637: A red supergiant with carbon-rich circumstellar dust as the first JWST detection of a supernova progenitor star,” foi apoiado pela National Science Foundation (número do prêmio AST-2432037).
