Observações muito rápidas levadas a cabo com o Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO) revelaram a morte explosiva de uma estrela no momento em que a explosão irrompia da superfície da estrela. Pela primeira vez, os astrónomos revelaram a forma da explosão na sua fugaz fase inicial. Esta fase inicial já não teria sido possível observar no dia a seguir e ajuda-nos a responder a uma série de questões sobre como é que as estrelas massivas explodem, transformando-se em supernovas.
Quando a explosão da supernova SN 2024ggi foi detectada pela primeira vez na noite de 10 de Abril de 2024, Yi Yang, professor assistente da Universidade Tsinghua em Pequim, na China, e principal autor do novo estudo, acabara de aterrar em São Francisco depois um voo de longo curso. Yi Yang sabia que tinha de agir rapidamente e por isso, doze horas mais tarde enviou uma proposta de observação ao ESO. No seguimento de um processo de aprovação muito rápido, no dia 11 de Abril de 2024 o ESO apontou o seu telescópio VLT, instalado no Chile, à supernova, 26 horas apenas após a detecção inicial.
“Durante algumas horas, a geometria da estrela e a sua explosão puderam ser, e foram, observadas em conjunto.”
A SN 2024ggi situa-se na galáxia NGC 3621, na direção da constelação da Hidra, a “apenas” 22 milhões de anos-luz de distância da Terra, o que é próximo em termos astronómicos. Com um grande telescópio e o instrumento certo, a equipa internacional sabia que tinha uma oportunidade rara de desvendar a forma da explosão logo após a sua ocorrência. “As primeiras observações do VLT capturaram a fase durante a qual a matéria acelerada pela explosão perto do centro da estrela irrompeu pela superfície da estrela. Durante algumas horas, a geometria da estrela e a sua explosão puderam ser, e foram, observadas em conjunto”, afirma Dietrich Baade, astrónomo do ESO na Alemanha e coautor do estudo publicado hoje na revista Science Advances.
“A geometria de uma explosão de supernova fornece informações fundamentais sobre a evolução estelar e os processos físicos que levam a estes fogos de artifício cósmicos”, explica Yang. Os mecanismos exatos por detrás das explosões de estrelas massivas, com mais de oito vezes a massa do Sol, sob a forma de supernovas, continuam a ser debatidos e permanecem uma das questões fundamentais abordadas pelos cientistas. A estrela progenitora desta supernova era uma supergigante vermelha, com uma massa 12 a 15 vezes superior à do Sol e um raio 500 vezes maior, o que faz da SN 2024ggi um exemplo clássico de explosão de uma estrela massiva.
Sabemos que, durante a sua vida, uma estrela típica mantém a sua forma esférica como resultado de um equilíbrio muito preciso entre a força gravitacional, que tende a comprimi-la, e a pressão do seu motor nuclear, que tende a expandi-la. Quando a sua última fonte de combustível se esgota, o motor nuclear começa a falhar. Para estrelas massivas, isto marca o início da fase de supernova: o núcleo da estrela moribunda entra em colapso, as conchas de massa que o rodeiam caem sobre ele e ricocheteiam. Este choque de richochete propaga-se para o exterior, destruindo a estrela.
Quando o choque irrompe da superfície estelar, são libertadas enormes quantidades de energia – a supernova brilha de forma dramática e pode então ser observada. Durante um período de tempo muito curto, a forma inicial da explosão pode ser estudada, antes da supernova começar a interagir com o material que circunda a estrela moribunda.
“A espectropolarimetria dá-nos informações relativas à geometria da explosão que outro tipo de observações não consegue.”
Foi isso que os astrónomos conseguiram observar pela primeira vez com o auxílio do VLT do ESO, utilizando uma técnica chamada “espectropolarimetria”. “A espectropolarimetria dá-nos informações relativas à geometria da explosão que outro tipo de observações não consegue, uma vez que as escalas angulares são demasiado pequenas”, afirma Lifan Wang, coautor e professor da Universidade A&M do Texas, nos EUA, que foi estudante do ESO no início da sua carreira científica. Apesar da estrela que está a explodir parecer um único ponto, a polarização da sua luz contém pistas ocultas sobre a sua geometria, as quais a equipa conseguiu desvendar.
A única infraestrutura no hemisfério sul capaz de capturar a forma de uma supernova através deste tipo de medições é o instrumento FORS2 instalado no VLT. Com os dados do FORS2, os astrónomos descobriram que a explosão da matéria inicial apresentava a forma de uma azeitona. À medida que a explosão se espalhou para o exterior, colidindo com o material que circunda a estrela, a “azeitona” achatou-se, mas o eixo de simetria da matéria ejetada permaneceu o mesmo. “Estes resultados sugerem um mecanismo físico comum que impulsiona a explosão de muitas estrelas massivas e que manifesta uma simetria axial bem definida e atua a larga escala”, explica Yang.
No seguimento desta descoberta, os astrónomos podem já descartar alguns dos atuais modelos de supernova e adicionar novas informações para melhorar outros, dando-nos pistas preciosas sobre as mortes explosivas de estrelas massivas. “Esta descoberta não só reformula a nossa compreensão das explosões estelares, como também demonstra o que pode ser alcançado quando a ciência transcende fronteiras”, afirma o coautor do estudo e astrónomo do ESO Ferdinando Patat. “É uma poderosa lembrança de que a curiosidade, a colaboração e a ação rápida podem desvendar mistérios profundos da física que molda o nosso Universo”.
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