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Astrônomos observaram uma supergigante vermelha explodir diante de seus telescópios pela primeira vez

A equipe de cientistas estudou uma supergigante vermelha nos últimos 130 dias de sua vida, violentamente liberando gás antes de explodir em uma supernova.
Supergigante vermelha.

Ilustração de supergigante vermelha emitindo material ao espaço, momentos antes de explodir. Crédito: W.M. Keck Observatory/Adam Makarenko

Astrônomos conseguem pela primeira vez observar uma estrela supergigante vermelha entrar em colapso e explodir em uma supernova diante de seus telescópios. As observações revelaram detalhes importantes sobre mudanças estruturais dessas estrelas nos momentos finais de sua vida, incluindo detecções inéditas de uma emissão de material no espaço.

estudo, publicado no The Astrophysical Journal, foi realizado por uma equipe de astrônomos da Universidade Northwestern e da Universidade da Califórnia em Berkeley (ambas nos EUA). O grupo acompanhou uma supergigante vermelha durante os últimos 130 dias de sua vida, observando mudanças na sua atividade e sua subsequente explosão violenta — um trabalho nunca antes feito para esse tipo de evento.

O destino das supergigantes vermelhas

Supergigantes vermelhas são o grupo das maiores estrelas do Universo. Porém, elas geralmente vivem pouco: são os estágios finais da evolução de alguns tipos estelares, formadas quando uma estrela diversas vezes mais massiva que o Sol começa a esgotar seu hidrogênio, o “combustível” para fusão nuclear que as mantém brilhando. Quando isso acontece, a estrela é obrigada a fundir elementos mais pesados, gerando ainda mais energia, o que aumenta seu brilho e tamanho em uma “gigante”. Esse processo continua até que a estrela começa a produzir ferro em seu núcleo. No entanto, ela não possui energia suficiente para fundi-lo, levando ao acúmulo desse elemento e anunciando sua “morte” derradeira.

Dessa forma, caso a estrela tenha massa e energia suficientes, seus últimos momentos não serão pacíficos. Isso pois a formação do ferro será seguida por uma compressão gravitacional, que fornecerá a energia para uma explosão em escala cósmica — uma supernova. Dessa forma, a estrela lança pelo espaço os elementos que fabricou durante a vida, além de emitir enormes quantidades de luz.

Pirotecnia espacial

Esse foi o destino da supergigante vermelha observada no estudo, detectada inicialmente no verão de 2020 (hemisfério norte). Ela chamou a atenção de pesquisadores no telescópio do Instituto de Astronomia Pan-STARRS, da Universidade do Havaí (EUA), ao emitir uma grande quantidade de luz.

A partir daí, a equipe acompanhou a estrela até o outono de 2020 (hemisfério norte), quando lançou outro grande flash luminoso — sua explosão. Esta supernova foi observada através do Observatório W.M. Keck, também no Havaí, e nomeada SN 2020tlf. Devido a presença de hidrogênio nas observações, ela foi classificada como uma supernova tipo II, condizente com a estrela que a originou.

“Esse é um grande avanço no nosso entendimento do que estrelas massivas fazem antes de morrer”, explicou Wynn Jacobson-Galán, principal autor do estudo e pesquisador de pós-graduação da Universidade Northwestern, onde começou seus trabalhos. “Detecção direta das atividades pré-supernova em uma estrela supergigante vermelha nunca antes foi observada para uma supernova ordinária de tipo II. Pela primeira vez, nós assistimos uma supergigante vermelha explodir.”

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Logo após a explosão, as observações indicaram que a estrela possuía material ao seu redor, provavelmente lançado no espaço no momento do primeiro flash de luz, que levou à sua detecção inicial. Assim, esses dados contrariam ideias prévias sobre a atividade das supergigantes vermelhas antes de sua supernova. Pensava-se que esse período era relativamente calmo, sem as emissões de luz e material observadas no verão de 2020. Dessa forma, as observações levam cientistas a acreditar que essas estrelas passam por mudanças importantes em sua estrutura interna durante os estágios finais de sua vida, causando tais instabilidades.

“É como olhar para uma bomba-relógio”, afirmou Raffaella Margutti. Ela é coautora do estudo e professora adjunta do Centro de Pesquisa Exploratória e Interdisciplinar em Astrofísica da Universidade Northwestern. “Nunca antes havíamos confirmado uma atividade tão violenta em um estrela supergigante vermelha moribunda, na qual observamos emissões luminosas como essas, seguidas de colapso e combustão — até agora.”

Análises com o Observatório Keck após a explosão ajudaram a determinar a localização de sua supergigante vermelha. Ela ficava na galáxia NGC 5731, a cerca de 120 milhões de anos-luz da Terra, e era aproximadamente 10 vezes mais massiva que o Sol.

Supernovas no futuro

Os cientistas da equipe destacam a importância da cooperação entre observatórios e universidades e do dinamismo para descobertas como essa. Muitos deles fazem parte do Experimento de Supernovas Jovens, na qual os pesquisadores buscam observar esses eventos logo depois da explosão.

“O que mais me anima são todas as novas lacunas no conhecimento abertas por esta descoberta”, disse Jacobson-Galán. “Detectar mais eventos como SN 2020tlf irá impactar de forma dramática como nós definimos os momentos finais da evolução estelar. Assim, irá unir empíricos e teóricos na missão de solucionar o mistério de como as estrelas massivas passam os últimos momentos de suas vidas.”

Publicado em 10/01/2022.

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