Massive stars (usually greater than 10 times the mass of the Sun) can end their days by exploding catastrophically, generating energy equivalent to an entire galaxy, but for a short time.
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A supernova, chamada SN 2020fqv, está nas Galáxias Borboleta em interação, localizadas a cerca de 60 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Virgem. Foi descoberto em abril de 2020 pelo Zwicky Transient Facility no Palomar Observatory em San Diego, Califórnia. Os astrônomos perceberam que a supernova estava sendo observada simultaneamente pelo Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), um satélite da NASA projetado principalmente para descobrir exoplanetas. Eles rapidamente treinaram o Telescópio Espacial Hubble nele, bem como um conjunto de telescópios baseados em terra, incluindo no Observatório Lick da UC e nos Observatórios Keck e Gemini no Havaí.
Juntos, esses observatórios deram uma visão holística de uma estrela no estágio inicial de destruição. O Hubble investigou o material muito próximo à estrela, chamado de material circunstelar, poucas horas após a explosão. Este material foi arrancado da estrela no último ano de sua vida. Essas observações permitiram aos astrônomos entender o que estava acontecendo com a estrela pouco antes de morrer.
"Raramente conseguimos examinar este material circunstelar muito próximo, pois ele só é visível por um período muito curto e geralmente não começamos a observar uma supernova até pelo menos alguns dias após a explosão", explicou o primeiro autor Samaporn Tinyanont, um pesquisador de pós-doutorado na UCSC. "Para esta supernova, fomos capazes de fazer observações ultrarrápidas com o Hubble, dando uma cobertura sem precedentes da região ao lado da estrela que explodiu."
O TESS forneceu uma imagem do sistema a cada 30 minutos, começando vários dias antes da explosão, através da própria explosão e continuando por várias semanas. A equipe também analisou as observações do Hubble da estrela desde a década de 1990. O Hubble foi usado novamente apenas algumas horas depois que os astrônomos detectaram a explosão. E ao estudar o material circunstelar com o Hubble, os cientistas compreenderam o que estava acontecendo ao redor da estrela na década anterior. Ao combinar todas essas informações, a equipe foi capaz de criar uma visão de várias décadas dos anos finais da estrela.
"Agora temos toda essa história sobre o que está acontecendo com a estrela nos anos antes de sua morte, durante a hora da morte e depois disso", disse Foley. "Esta é realmente a visão mais detalhada de estrelas como esta em seus últimos momentos e como explodem."
A Pedra de Roseta dos Supernovas
Tinyanont e Foley chamaram SN 2020fqv de "a Pedra de Roseta das supernovas". A antiga Pedra de Roseta, que tem o mesmo texto inscrito em três escritas diferentes, ajudou os especialistas a aprender a ler os hieróglifos egípcios.
No caso desta supernova, a equipe de ciência usou vários métodos diferentes para determinar a massa da estrela em explosão. Isso incluiu comparar as propriedades e a evolução da supernova com modelos teóricos; usando informações de uma imagem do Hubble arquivada em 1997 da estrela para descartar estrelas de maior massa; e usando as observações de Keck para medir diretamente a quantidade de oxigênio na supernova, que analisa a massa da estrela. Os resultados são todos consistentes: cerca de 14 a 15 vezes a massa do sol. Determinar com precisão a massa da estrela que explode em uma supernova é crucial para entender como estrelas massivas vivem e morrem.
“Esta é a primeira vez que conseguimos verificar a massa com esses três métodos diferentes para uma supernova, e todos eles são consistentes”, disse Tinyanont. “Agora podemos avançar usando esses métodos diferentes e combinando-os, porque existem muitas outras supernovas nas quais temos massas de um método, mas não de outro.”
As descobertas também indicam que a estrela tinha uma história complicada de perda de massa alguns anos antes do colapso do núcleo. Nos anos anteriores à explosão das estrelas, elas tendem a se tornar mais ativas. Alguns astrônomos apontam para a supergigante vermelha Betelgeuse, que recentemente expeliu quantidades significativas de material, e eles se perguntam se essa estrela logo se tornará uma supernova. Embora Foley duvide de que Betelgeuse vá explodir iminentemente, ele acha que devemos levar a sério essas explosões estelares.
"Este poderia ser um sistema de alerta", disse Foley. "Então, se você ver uma estrela começar a tremer um pouco, começar a agir, então talvez devêssemos prestar mais atenção e realmente tentar entender o que está acontecendo lá antes que ela exploda. À medida que encontramos mais e mais dessas supernovas com este tipo de um excelente conjunto de dados, seremos capazes de entender melhor o que está acontecendo nos últimos anos de vida de uma estrela. "
Foley observou que essas observações únicas de uma supernova foram realizadas durante os bloqueios do COVID-19 na primavera de 2020 e exigiram esforços e coordenação extraordinários de um grande número de pessoas, a maioria trabalhando em casa. Muitos observatórios foram fechados parte do tempo, mas eles reabriram em breve para obter dados cruciais para o estudo.
“Foi fantástico como as pessoas trabalharam juntas para fazer isso acontecer”, disse Foley. “Muitas pessoas estavam envolvidas e era logisticamente complicado, mas no final os dados que obtivemos foram incríveis.”
*** Tradução do artigo "Astronomers witnessed the spectacular death of a star as it happened" de Tim Stephens (UCSC) e Ann Jenkins (STScI) - link aqui.
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