A descoberta de um novo tipo de supernova ilumina um mistério medieval
Os cientistas descobriram a primeira evidência convincente de um novo tipo de explosão estelar – uma supernova de captura de elétrons. Embora tenham sido teorizados por 40 anos, os exemplos do mundo real foram evasivos. Acredita-se que elas surjam das explosões de estrelas maciças de ramos gigantes superassintóticos (SAGB), para as quais também há poucas evidências.
Uma equipa mundial liderada por cientistas da UC Santa Barbara no Observatório Las Cumbres descobriu a primeira evidência convincente de um novo tipo de explosão estelar – uma supernova de captura de elétrons. Embora tenham sido teorizados por 40 anos, os exemplos do mundo real foram evasivos. Acredita-se que elas surjam das explosões de estrelas maciças de ramos gigantes superassintóticos (SAGB), para as quais também existem evidências escassas. A descoberta, publicada na Nature Astronomy , também lança uma nova luz sobre o mistério de mil anos da supernova de 1054 DC que era visível em todo o mundo durante o dia, antes de eventualmente se tornar a Nebulosa do Caranguejo.
Historicamente, as supernovas se dividem em dois tipos principais: colapso termonuclear e do núcleo de ferro. Uma supernova termonuclear é a explosão de uma estrela anã branca após ganhar matéria num sistema estelar binário. Essas anãs brancas são os núcleos densos de cinzas que permanecem depois que uma estrela de baixa massa (uma com cerca de 8 vezes a massa do Sol) atinge o fim de sua vida. Uma supernova de colapso do núcleo de ferro ocorre quando uma estrela massiva – uma com mais de 10 vezes a massa do Sol – fica sem combustível nuclear e seu núcleo de ferro colapsa, criando um buraco negro ou estrela de neutroões. Entre esses dois tipos principais de supernovas estão as supernovas de captura de elétrões. Essas estrelas param de se fundir quando seus núcleos são feitos de oxigénio, néon e magnésio; eles não são maciços o suficiente para criar ferro.
Enquanto a gravidade está sempre tentando esmagar uma estrela, o que impede a maioria das estrelas de entrar em colapso é a fusão contínua ou, em núcleos onde a fusão parou, o fato de que você não pode compactar os átomos com mais força. Numa supernova de captura de eletrões, alguns dos eletrões no núcleo de oxigênio-neônio-magnésio são esmagados nos seus núcleos atómicos num processo chamado de captura de eletrões. Essa remoção de eletrões faz com que o núcleo da estrela se curve sob seu próprio peso e entre em colapso, resultando numa supernova de captura de eletrões.
Se a estrela fosse um pouco mais pesada, os elementos centrais poderiam ter se fundido para criar elementos mais pesados, prolongando sua vida. Portanto, é uma espécie de situação Cachinhos Dourados reversa: a estrela não é leve o suficiente para escapar do colapso de seu núcleo, nem é pesada o suficiente para prolongar sua vida e morrer mais tarde por meios diferentes.
Essa é a teoria que foi formulada no início de 1980 por Ken’ichi Nomoto da Universidade de Tóquio e outros. Ao longo das décadas, os teóricos formularam previsões sobre o que procurar numa supernova de captura de eletrões e seus progenitores SAGB. As estrelas deveriam ter muita massa, perder grande parte dela antes de explodir, e essa massa próxima à estrela moribunda deveria ter uma composição química incomum. Então, a supernova de captura de eletrões deve ser fraca, ter pouca precipitação radioativa e ter elementos ricos em neutrões no núcleo.
O novo estudo é liderado por Daichi Hiramatsu, um estudante de graduação da UC Santa Barbara e Las Cumbres Observatory (LCO). Hiramatsu é um membro central do Global Supernova Project, uma equipe mundial de cientistas que usa dezenas de telescópios ao redor e acima do globo. A equipe descobriu que a supernova SN 2018zd tinha muitas características incomuns, algumas das quais foram vistas pela primeira vez em uma supernova.
Ajudou o fato de a supernova estar relativamente próxima – a apenas 31 milhões de anos-luz de distância – na galáxia NGC 2146. Isso permitiu à equipe examinar imagens de arquivo obtidas pelo Telescópio Espacial Hubble antes da explosão e detectar a provável estrela progenitora antes de explodir. As observações foram consistentes com outra estrela SAGB recentemente identificada na Via Láctea, mas inconsistentes com os modelos de supergigantes vermelhas, os progenitores das supernovas normais do colapso do núcleo de ferro.
Os autores analisaram todos os dados publicados sobre supernovas e descobriram que, embora alguns tivessem alguns dos indicadores previstos para supernovas de captura de elétrons, apenas SN 2018zd tinha todos os seis: um progenitor SAGB aparente, forte perda de massa pré-supernova, um estelar incomum composição química, uma explosão fraca, pouca radioatividade e um núcleo rico em neutrões.
“Começamos perguntando ‘o que é isso esquisito?'”, Disse Hiramatsu. “Então, examinamos todos os aspectos do SN 2018zd e percebemos que todos eles podem ser explicados no cenário de captura de eletrões.”
As novas descobertas também iluminam alguns mistérios da supernova mais famosa do passado. Em 1054 DC, uma supernova aconteceu na Galáxia da Via Láctea que, de acordo com os registos chineses e japoneses, era tão brilhante que podia ser vista durante o dia durante 23 dias e à noite por quase dois anos. O remanescente resultante, a Nebulosa do Caranguejo, foi estudado detalhadamente.
A Nebulosa do Caranguejo foi anteriormente a melhor candidata para uma supernova de captura de eletrões, mas seu status era incerto em parte porque a explosão aconteceu há quase mil anos. O novo resultado aumenta a confiança de que o SN 1054 histórico foi uma supernova de captura de eletrões. Também explica por que aquela supernova era relativamente brilhante em comparação com os modelos: sua luminosidade foi provavelmente aumentada artificialmente pela ejeção da supernova colidindo com o material lançado pela estrela progenitora, como foi visto em SN 2018zd.
Ken Nomoto, do Kavli IPMU da Universidade de Tóquio, expressou entusiasmo por sua teoria ter sido confirmada. “Estou muito satisfeito que a supernova de captura de eletrões foi finalmente descoberta, que meus colegas e eu previmos que existisse e teria uma conexão com a Nebulosa do Caranguejo há 40 anos”, disse ele. “Agradeço muito os grandes esforços envolvidos na obtenção dessas observações. Este é um caso maravilhoso de combinação de observações e teoria.”
Hiramatsu acrescentou: “Foi um ‘momento eureca’ para todos nós que podemos contribuir para fechar o ciclo teórico de 40 anos, e para mim pessoalmente, porque minha carreira na astronomia começou quando olhei para as fotos impressionantes do Universo na biblioteca do colégio, um dos quais era a icónica Nebulosa do Caranguejo tirada pelo Telescópio Espacial Hubble. “
“O termo Pedra de Roseta é usado com muita frequência como uma analogia quando encontramos um novo objeto astrofísico”, disse Andrew Howell, cientista da equipe do Observatório Las Cumbres e professor adjunto da UCSB, “mas, neste caso, acho que é adequado. A supernova está literalmente nos ajudando a decodificar registros milenares de culturas em todo o mundo. E está nos ajudando a associar uma coisa que não entendemos totalmente, a Nebulosa do Caranguejo, a outra coisa da qual temos registos modernos incríveis, esta supernova . No processo, ele está nos ensinando sobre a física fundamental: como algumas estrelas de neutroões são feitas, como estrelas extremas vivem e morrem e sobre como os elementos de que somos feitos são criados e espalhados pelo universo. ” Howell também é o líder do Projeto Supernova Global e o Ph.D. do autor principal Hiramatsu. orientador.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela University of California – Santa Barbara . Original escrito por Harrison Tasoff. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
Referência do jornal :
- Daichi Hiramatsu, D. Andrew Howell, Schuyler D. Van Dyk, Jared A. Goldberg, Keiichi Maeda, Takashi J. Moriya, Nozomu Tominaga, Ken’ichi Nomoto, Griffin Hosseinzadeh, Iair Arcavi, Curtis McCully, Jamison Burke, K. Azalee Bostroem, Stefano Valenti, Yize Dong, Peter J. Brown, Jennifer E. Andrews, Christopher Bilinski, G. Grant Williams, Paul S. Smith, Nathan Smith, David J. Sand, Gagandeep S. Anand, Chengyuan Xu, Alexei V. Filippenko, Melina C. Bersten, Gastón Folatelli, Patrick L. Kelly, Toshihide Noguchi, Koichi Itagaki. A origem da captura de elétrons da supernova 2018zd . Nature Astronomy , 2021; DOI: 10.1038 / s41550-021-01384-2
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