As origens misteriosas de um tipo raro de estrela em explosão foram identificadas: WebCuriosos

Um dos grandes mistérios do Universo é de onde realmente vem todo o metal.

Sabemos que é forjado no fogo cósmico – mas que fogo em particular, e em que proporções, é um pouco mais difícil de definir.

Um tipo raro de supernova desprovida de hidrogênio e hélio é uma fonte conhecida de muitos metais, embora nunca tenha ficado claro se as estrelas que dão origem a essas forjas incendiárias são pesos pesados ​​solitários que espirram ou massas menores com um parceiro ganancioso.

Agora, uma equipe internacional de astrônomos liderada por Martín Solar e Michał Michałowski, da Universidade Adam Mickiewicz, na Polônia, descobriu que os progenitores das supernovas Tipo Ic não são todos lobos solitários extremamente massivos, mas normalmente estrelas menos massivas com uma companheira binária que ajuda a moldar o resultado de sua explosão predestinada.

“Quanto mais investigamos as estrelas massivas, mais complexas elas parecem”, disse Michałowski ao WebCuriosos.

“Sabemos que a sua evolução e o seu destino dependem da sua massa, depois aprendemos que os detalhes dependem do quanto são enriquecidos em metais. Agora fica óbvio que os companheiros também podem influenciar muito as suas vidas.”

As supernovas do tipo Ic são causadas pelo colapso do núcleo de estrelas massivas que atingiram o fim da sua vida útil. Todo o hidrogénio no núcleo estelar foi fundido em elementos mais pesados, e a estrela atingiu um ponto em que os seus elementos centrais são tão pesados ​​que necessitam de mais energia para se fundirem do que o processo de fusão liberta.

Como a fornalha nuclear não libera mais energia suficiente, a pressão externa cai, permitindo que o núcleo denso da estrela sucumba à gravidade. O núcleo entra em colapso violentamente em uma estrela de nêutrons ultradensa ou em um buraco negro, enquanto as camadas externas explodem no espaço com tanta energia que metais ainda mais pesados ​​são forjados no material ejetado.

O mistério das supernovas do Tipo Ic é que, ao contrário de outras supernovas, não há hidrogénio ou hélio detectável na sua camada exterior em expansão. Embora esgotados no núcleo estelar, os elementos mais leves deveriam ter permanecido na atmosfera em quantidades suficientes.

Foram sugeridas duas soluções possíveis para o mistério dos elementos faltantes. O primeiro envolve uma estrela com cerca de 20 a 30 vezes a massa do Sol, tão massiva que produziria fortes ventos estelares capazes de soprar para longe o seu hidrogénio e hélio.

A segunda opção é uma companheira binária – uma estrela menor que esteja próxima o suficiente para extrair o hidrogênio e o hélio de uma estrela entre cerca de 8 e 15 vezes a massa do Sol.

Em ambos os casos, o hidrogénio e o hélio são levados embora antes da explosão da supernova, resultando na sua ausência no material ejetado da supernova.

Existem vários tipos de supernovas de colapso central. Ao analisar dados de arquivo e encontrar estrelas que desapareceram do local de uma supernova, os investigadores conseguiram confirmar os progenitores de apenas 23 dos eventos observados.

Nenhum desses progenitores provém de supernovas do Tipo Ic, mas Michałowski e a sua equipa pensam que os seus ambientes podem ter deixado algumas pistas.

“Inspirei-me num grande programa de observação chamado PHANGS (Física em Alta Resolução Angular em Galáxias Próximas). Eles usaram o maior conjunto de telescópios, o Atacama Large Millimeter Array, para observar nuvens individuais de gás a partir das quais as estrelas se formam,” explicou.

“Descobri que se complementar estes dados com novas observações de nuvens nas quais explodiram supernovas, poderemos decifrar a natureza das estrelas em explosão.”

O gás molecular deixado nos locais das supernovas pode ser usado para determinar a massa da estrela progenitora. Quanto mais hidrogênio molecular, mais massiva é a estrela. Por sua vez, as estrelas mais massivas fundem o combustível mais rapidamente e, portanto, têm uma vida útil mais curta do que as menos massivas.

Os investigadores analisaram o gás molecular deixado pelas supernovas do Tipo Ic e compararam-no com o gás molecular deixado pelas supernovas do Tipo II, que têm estrelas progenitoras entre 8 e 15 massas solares. O hidrogênio em ambas as nuvens era o mesmo – o que significa que as supernovas do Tipo Ic são, afinal, de estrelas menos massivas.

“Na verdade, eu esperava que os progenitores das supernovas do Tipo Ic se revelassem estrelas muito massivas”, disse Michałowski. “Descobriu-se que a maioria destas supernovas não se comporta desta forma.”

O hidrogênio e o hélio ainda precisam ir para algum lugar; e o lugar mais provável é um companheiro binário. Esta companheira normalmente sobrevive à supernova, explicou Michałowski, mas a força da explosão empurra a companheira através do espaço, onde vive o resto da sua vida de forma bastante normal, embora a uma velocidade diferente.

Enquanto isso, a explicação nos ajuda a entender de onde vêm muitos elementos do Universo. Sabemos que explosões de supernovas envolvendo uma companheira binária produzem o dobro da quantidade de carbono – um alicerce da vida – por isso agora podemos ajustar a contribuição das supernovas do Tipo Ic à quantidade de carbono existente.

Os investigadores também esperam realizar a sua astroforense nos restos de ainda mais supernovas, para ajudar a reconstruir como as estrelas progenitoras viveram as suas vidas.

“Um número maior de supernovas com tais observações irá levar esta análise mais longe, porque então seremos capazes de investigá-las separadamente no que diz respeito a algumas outras propriedades interessantes”, disse Michałowski ao WebCuriosos.

“Por exemplo, não sabemos se a existência de amplas linhas de emissão nos diz algo sobre a explosão da estrela. Ou se algumas propriedades das galáxias hospedeiras influenciam o tipo de estrelas que nascem ou como explodem. Além disso, gostaríamos de investigar outros tipos de supernovas. desta maneira.”

A pesquisa foi publicada em Comunicações da Natureza.