1028: Hubble revela estrela companheira sobrevivente no rescaldo de uma super-nova

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/HUBBLE

Esta ilustração mostra a super-nova 2013ge, com a sua estrela companheira na parte inferior direita. A estrela companheira é impactada pela onda de explosão da super-nova, mas não destruída. Ao longo do tempo os astrónomos observaram a luz ultravioleta (UV) da super-nova a desaparecer, revelando uma segunda fonte de luz UV próxima que mantinha o brilho. A teoria é que as duas estrelas massivas evoluíram juntas como um par binário, e que a sobrevivente actual se desviou do invólucro exterior de hidrogénio gasoso da sua parceira antes de esta explodir. Eventualmente, a estrela companheira também explodirá como uma super-nova.
Crédito: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

O Telescópio Espacial Hubble da NASA descobriu uma testemunha no local da morte explosiva de uma estrela: uma estrela companheira anteriormente escondida no brilho da super-nova da sua parceira. A descoberta é a primeira para um tipo particular de super-nova – uma em que à estrela foi retirado todo o seu invólucro exterior de gás antes de explodir.

A descoberta fornece uma visão crucial da natureza binária das estrelas massivas, bem como a potencial prequela para a fusão final das estrelas companheiras, que se “agitariam” através do Universo sob a forma de ondas gravitacionais, ondulações no próprio tecido do espaço-tempo.

Os astrónomos detectam a assinatura de vários elementos em explosões de super-nova. Estes elementos estão estratificados como uma cebola na fase pré-super-nova. O hidrogénio encontra-se na camada mais exterior de uma estrela e, se não for detectado hidrogénio no rescaldo da super-nova, isso significa que foi removido antes da explosão ter ocorrido.

A causa da perda de hidrogénio tem sido um mistério e os astrónomos têm vindo a usar o Hubble para procurar pistas e testar teorias que expliquem estas super-novas despojadas de hidrogénio. As novas observações pelo Hubble fornecem as melhores evidências, até agora, que apoiam a teoria de que uma estrela companheira invisível desvia o invólucro gasoso da sua estrela companheira antes desta explodir.

“Este foi o momento por que esperávamos, finalmente ver evidências de um sistema binário progenitor de uma super-nova totalmente despojada,” disse Ori Fox do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland, investigador principal do programa Hubble. “O objectivo é mover esta área de estudo da teoria para o trabalho com dados e ver como estes sistemas realmente são.”

A equipa de Fox usou o instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble para estudar a região da super-nova (SN) 2013ge no ultravioleta, bem como observações anteriores pelo Hubble do MAST (Barbara A. Mikulski Archive for Space Telescopes). Os astrónomos viram a luz da super-nova a desaparecer ao longo do tempo entre 2016 e 2020 – mas outra fonte próxima de luz ultravioleta na mesma posição manteve o seu brilho. Esta fonte subjacente de emissão ultravioleta é o que a equipa propõe ser a companheira binária sobrevivente de SN 2013ge.

Duas a duas?

Anteriormente, os cientistas teorizavam que os ventos fortes de uma estrela progenitora massiva podiam fazer explodir o seu invólucro de hidrogénio gasoso, mas as evidências observacionais não corroboravam isso. Para explicar a desconexão, os astrónomos desenvolveram teorias e modelos em que uma companheira binária desviava o hidrogénio.

“Nos últimos anos, muitas linhas diferentes de evidência disseram-nos que as super-novas despojadas são provavelmente formadas em binários, mas ainda não tínhamos visto realmente a companheira. Tanto do estudo de explosões cósmicas é parecido com a ciência forense – procurar pistas e ver que teorias coincidem. Graças ao Hubble, podemos ver isto directamente,” disse Maria Drout da Universidade de Toronto, membro da equipa de investigação do Hubble.

Em observações anteriores de SN 2013ge, o Hubble viu dois picos na radiação ultravioleta, em vez de apenas o tipicamente visto na maioria das super-novas. Fox disse que uma explicação para este aumento duplo de brilho era que o segundo pico mostrava quando a onda de choque atingia uma estrela companheira, uma possibilidade que agora parece muito mais provável. As observações mais recentes do Hubble indicam que embora a estrela companheira tenha sido significativamente “sacudida”, incluindo o hidrogénio que desviou da sua companheira estelar, não foi destruída. Fox compara o efeito a agitar uma gelatina, que eventualmente termina o seu movimento e volta à sua forma original.

Embora seja necessário encontrar confirmações adicionais e descobertas semelhantes de suporte, Fox disse que as implicações da descoberta ainda são substanciais, dando apoio a teorias de que a maioria das estrelas massivas se formam e evoluem como sistemas binários.

Uma a observar

Ao contrário das super-novas que têm uma concha inchada de gás para iluminar, as progenitoras de super-novas totalmente despojadas do seu invólucro estelar exterior revelaram-se difíceis de identificar nas imagens pré-explosão. Agora que os astrónomos tiveram a sorte de identificar a estrela companheira sobrevivente, podem utilizá-la para trabalhar para trás e determinar as características da estrela que explodiu, bem como a oportunidade sem precedentes de assistir ao rescaldo com a sobrevivente.

Também ela uma estrela massiva, a companheira de SN 2013ge está destinada a explodir como super-nova. A sua antiga parceira é agora provavelmente um objecto compacto, como uma estrela de neutrões ou um buraco negro, e a companheira irá provavelmente também por esse caminho.

A proximidade das estrelas companheiras originais determina se permanecem juntas após a fase super-nova. Se a distância for demasiado grande, a companheira será atirada para fora do sistema para vaguear sozinha pela galáxia hospedeira, um destino que poderá explicar muitas super-novas aparentemente solitárias.

Contudo, se as estrelas estiverem suficientemente próximas uma da outra durante a fase pré-super-nova, vão continuar a orbitar-se uma à outra como buracos negros ou estrelas de neutrões. Nesse caso, acabariam por espiralar e fundir-se, criando ondas gravitacionais no processo.

Esta é uma perspectiva emocionante para os astrónomos, pois as ondas gravitacionais são um ramo da astrofísica que apenas recentemente começou a ser explorado. São ondas ou ondulações no próprio tecido do espaço-tempo, previsto por Albert Einstein no início do século XX. As ondas gravitacionais foram observadas pela primeira vez pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

“Com a companheira sobrevivente de SN 2013ge, poderíamos estar potencialmente a ver a prequela de um evento de ondas gravitacionais, embora tal evento só vá ocorrer daqui a mil milhões de anos,” disse Fox.

Fox e colaboradores vão trabalhar com o Hubble para construir uma amostra maior de estrelas companheiras sobreviventes para outras super-novas, em efeito dando a SN 2013ge novamente alguma companhia.

“Há um grande potencial para além da simples compreensão da própria super-nova. Uma vez que sabemos agora que a maioria das estrelas massivas do Universo se formam aos pares, são necessárias observações das estrelas companheiras sobreviventes para ajudar a compreender os detalhes por detrás da formação binária, troca de material e desenvolvimento co-evolucionário. É uma época emocionante para estudar as estrelas,” disse Fox.

“A compreensão do ciclo de vida das estrelas massivas é particularmente importante para nós porque todos os elementos pesados são forjados nos seus núcleos e através das suas super-novas. Esses elementos constituem grande parte do Universo observável, incluindo a vida tal como a conhecemos,” acrescentou o co-autor Alex Filippenko, da Universidade da Califórnia em Berkeley.

Os resultados foram publicados na revista The Astrophysical Journal Letters.

Astronomia On-line
10 de Maio de 2022


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For the victims of the genocide practiced
by the Soviet Union of Putin, in Ukraine