Uma equipe de astrônomos utilizou dados de arquivo do observatório de raios X japonês Suzaku para determinar a massa de uma anã branca que explodiu há milhares de anos numa supernova de tipo Ia.
© Suzaku/Chandra (remanescente de supernova 3C 397)
A imagem acima mostra o remanescente de supernova em raios X através dos observatórios Chandra (roxo) e Suzaku (azul).
O estudo suporta um cenário em que a supernova resultou da explosão termonuclear de uma única anã branca e não da colisão de duas anãs brancas num sistema binário. O estudo tem implicações importantes para a compreensão das supernovas de tipo Ia, uma ferramenta fundamental na cosmologia moderna para a compreensão da expansão do Universo e da energia escura.
Estrelas semelhantes ao Sol, ou mesmo um pouco mais maciças, terminam as suas vidas projetando as suas camadas mais exteriores para o espaço, devido a instabilidades internas, deixando para trás um núcleo quente formado por átomos de carbono e oxigênio previamente sintetizados na estrela. A este núcleo, que tem no máximo 1,4 vezes a massa do Sol e é aproximadamente do tamanho da Terra, dá-se o nome de “anã branca”. Este limite de 1,4 massas solares é designado por Limite de Chandrasekhar. Os átomos de carbono e oxigênio numa anã branca encontram-se compactados tanto quanto é permitido pelas leis da mecânica quântica, tornando a anã estável. A densidade do material é enorme: 1 centímetro cúbico tem massa de cerca de 1 tonelada! As anãs brancas isoladas são inertes e estão condenadas a arrefecer gradualmente ao longo de milhares de milhões de anos, até se tornarem invisíveis, tal qual uma brasa se apagando.
No entanto, desde há muitos anos que os astrônomos suspeitam que anãs brancas em sistemas binários, ou seja, uma estrela normal e uma anã branca orbitando um centro de gravidade comum, podem ter um destino diferente se as condições certas se proporcionarem. A anã branca pode capturar material da estrela normal e “engordar” até atingir o limite de 1,4 massas solares, momento em que se dá a ignição da fusão do carbono, provocando uma explosão termonuclear que destrói por completo a estrela. Esta explosão é designada de supernova e é de um tipo especial conhecido por Ia. As elevadíssimas temperaturas a que é submetido o material da estrela durante a explosão e a abundância de partículas livres, especialmente núcleos de hélio e nêutrons, permitem a síntese de novos elementos químicos a partir da matéria prima original de carbono e oxigênio.
Existe um cenário alternativo em que o sistema binário é formado por duas anãs brancas que gradualmente perdem energia orbital, aproximando-se numa espiral fatídica ao longo de milhões de anos. Finalmente, acabam por colidir e é este evento que provoca a ignição da fusão explosiva do carbono e origina a respectiva supernova de tipo Ia. Há cada vez mais evidência de que ambos os cenários podem dar origem a este tipo de supernovas, mas não se sabe qual deles é predominante e qual a fração de eventos correspondente. Para melhor compreender a gênese destas supernovas, com implicações importantes na cosmologia , é possível observar remanescentes de supernovas e tentar deduzir qual o cenário que lhe deu origem. Os dois cenários produzem diferentes abundâncias de elementos pesados, tais como manganês e níquel, que poderão ser observadas no remanescente.
Este cenário foi observado no remanescente de supernova 3C 397, situado a 33 mil anos-luz, na direção da constelação da Águia e com uma idade de poucos milhares de anos. A equipe usou imagens de arquivo obtidas em Outubro de 2010 pelo telescópio de raios X Suzaku, que observou o remanescente durante 19 horas. Os diferentes elementos presentes no remanescente brilham em comprimentos de onda específicos nos raios X, devido à elevada temperatura a que se encontra o material, sendo por isso possível estimar a sua abundância relativa. Conclui-se que as abundâncias observadas de manganês e níquel são consistentes apenas se a supernova que deu origem ao 3C 397 foi devida à explosão termonuclear de uma anã branca, e não à colisão e subsequente explosão de duas dessas estrelas.
“Conseguimos determinar qual dos cenários foi responsável por uma supernova analisando as abundâncias de manganês e níquel no remanescente”, disse o astrofísico Brian Williams, do Goddard Space Flight Center. “Uma explosão provocada por uma anã branca única próximo do limite de Chandrasekhar produzirá estes elementos com abundâncias diferentes dos que seriam observados para um cenário de colisão.”
Fonte: Goddard Space Flight Center
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