Durante seis meses em 1181, uma estrela moribunda deixou sua marca no céu noturno. O impressionante objeto apareceu tão brilhante quanto Saturno nas proximidades da constelação de Cassiopeia, e crônicas históricas da China e do Japão registraram-no como um “ator convidado”.
Os astrónomos chineses usaram este termo para designar um objecto temporário no céu, muitas vezes um cometa ou, como neste caso, uma supernova – uma explosão catastrófica de uma estrela no fim da sua vida.
O objeto, agora conhecido como SN 1181, é uma das poucas supernovas documentadas antes da invenção dos telescópios e tem intrigado os astrónomos durante séculos.
Um novo estudo descreveu o corpo celeste em detalhes pela primeira vez, criando um modelo computacional de sua evolução desde logo após a explosão inicial até hoje. A equipa de investigação comparou o modelo com observações telescópicas arquivadas da sua nebulosa – a gigantesca nuvem de gás e poeira, visível hoje, que é o remanescente do evento monumental.
Os pesquisadores disseram que a análise sugere fortemente que a SN 1181 pertence a uma classe rara de supernovas chamada Tipo Iax, na qual a explosão termonuclear pode ser o resultado não de uma, mas de uma. duas anãs brancas que colidiram violentamentemas não conseguiu detonar completamente, deixando para trás uma “estrela zumbi”.
“Existem 20 ou 30 candidatas a supernovas do tipo Iax”, disse Takatoshi Ko, principal autor do estudo publicado em 5 de julho em Jornal Astrofísico e doutorando em astronomia na Universidade de Tóquio. “Mas este é o único que conhecemos na nossa própria galáxia.”
Além disso, o estudo também descobriu que, inexplicavelmente, um vento estelar de alta velocidade, detectado em estudos anteriores, começou a soprar da superfície da estrela zombie há apenas 20 anos, aumentando a misteriosa aura de SN 1181. Desvendando o mecanismo por detrás disto Um evento de supernova poderia ajudar os astrônomos a compreender melhor a vida e a morte das estrelas e como elas contribuem para a formação planetária, dizem os especialistas.
Falha em detonar uma supernova
Os astrônomos levaram 840 anos para resolver o primeiro grande quebra-cabeça do SN 1181 – localizar sua posição na Via Láctea. A estrela foi a última supernova pré-telescópica sem remanescente confirmado, até que, em 2021, Albert Zijlstra, professor de astrofísica da Universidade de Manchester, na Inglaterra, a localizou até uma nebulosa na constelação de Cassiopeia.
A astrônoma amadora Dana Patchick descobriu a nebulosa em 2013 enquanto pesquisava o arquivo do Wide-Field Infrared Survey Explorer (Wise) da NASA. Mas Zijlstra, que não esteve envolvido no novo estudo, foi o primeiro a fazer a ligação ao SN 1181.
“Durante [o auge da] Covid, tive uma tarde tranquila e estava em casa”, disse Zijlstra. “Relacionei a supernova com a nebulosa usando registros de antigos catálogos chineses. Acho que isso foi aceito – muitas pessoas analisaram e concordaram que parece estar correto. Este é o remanescente daquela supernova.”
A nebulosa está a cerca de 7.000 anos-luz de distância da Terra e no seu centro está um objeto do tamanho da Terra, em rotação rápida, chamado anã branca – uma estrela densa e morta que esgotou o seu combustível nuclear. Esta característica é incomum para um remanescente de supernova, pois a explosão deveria ter destruído este corpo.
Zijlstra e seus coautores escreveram um estudo em setembro de 2021 sobre a descoberta. O relatório sugeriu que SN 1181 pode pertencer à indescritível categoria de supernova Tipo Iax devido à presença desta “anã branca zumbi”.
Na supernova mais comum, tipo Ia, uma anã branca se forma quando uma estrela semelhante ao Sol fica sem combustível e começa a acumular material de outra estrela próxima. Muitos deles existem em pares ou em um sistema binário diferente da estrela.
A anã branca acumula material até colapsar sob a sua própria gravidade, reiniciando a fusão nuclear com uma explosão massiva que cria um dos objetos mais brilhantes do Universo.
A supernova do tipo Iax mais rara é um cenário em que esta explosão, por algum motivo, é interrompida. “Uma possibilidade é que o Tipo Iax não seja tanto uma explosão, mas sim uma fusão de duas anãs brancas”, disse Zijlstra. “Os dois se juntam, colidindo a toda velocidade, e isso pode gerar muita energia. Esta energia causa o brilho repentino da supernova.”
Esta colisão massiva poderia explicar outro aspecto curioso da estrela zumbi SN 1181. Ela não contém hidrogênio nem hélio, o que é extremamente incomum no espaço, segundo Zijlstra.
“Cerca de 90% do universo consiste em hidrogênio e o restante é quase exclusivamente hélio. Todo o resto é bastante raro”, disse ele. “É preciso procurar 10 mil átomos antes de encontrar um que não seja hidrogênio ou hélio. Mas a nossa estrela (o Sol no centro do nosso Sistema Solar) só tem (principalmente) estes. Então, claramente, algo extremo aconteceu com (a estrela zumbi).
Vento estelar inexplicável
Sabendo onde procurar o SN 1181 e a sugestão de que poderia ser um remanescente do tipo Iax, Ko e seus colegas começaram a trabalhar para descobrir os segredos restantes.
“Ao rastrear com precisão a evolução temporal do remanescente, conseguimos obter pela primeira vez propriedades detalhadas da explosão SN 1181. Confirmamos que os dados obtidos são consistentes com uma supernova do tipo Iax,” disse Ko, acrescentando que o modelo computacional do estudo é consistente com observações anteriores do remanescente feitas por telescópios, incluindo o telescópio espacial XMM-Newton da Agência Espacial Europeia (ESA). e o Observatório de Raios-X Chandra da NASA.
A análise de Ko revela que o remanescente de SN 1181 é composto por duas regiões de choque distintas. Um exterior formou-se quando o material foi ejetado pela explosão da supernova e encontrou o espaço interestelar. O interno mais recente é mais difícil de explicar.
O estudo sugere que esta região de choque interno pode ser um sinal de que a estrela começou a arder novamente séculos após a explosão, levando a uma descoberta surpreendente, acrescentou Ko: o vento estelar de alta velocidade parece ter começado a soprar a partir da superfície da estrela. apenas 20 a 30 anos atrás.
Normalmente, esse rápido fluxo de partículas que os astrônomos chamam de vento estelar deveria ser expelido da anã branca como um subproduto da rápida rotação do corpo logo após a explosão da supernova.
“Não entendemos completamente por que a estrela reacendeu e o vento estelar começou tão recentemente”, disse Ko. “Teorizamos que a estrela reacendeu porque SN 1181 era uma supernova do tipo Iax, que é uma explosão incompleta. Como resultado, o material ejetado não escapou completamente e permaneceu sob a influência gravitacional da anã branca central. Este material pode ter eventualmente se acumulado devido à sua gravidade, fazendo com que ele reacenda.”
No entanto, Zijlstra observou que esta teoria contrasta com observações que mostram que o brilho da estrela diminuiu ao longo do último século. “Não está claro como isso se relaciona com o início do vento”, disse ele. “Eu esperaria que a estrela tivesse aumentado de brilho em vez de esmaecido.”
Ko e seus colegas estão cientes deste problema. Eles disseram acreditar que existe alguma relação entre o vento estelar e o escurecimento da estrela, e estão investigando isso. Os pesquisadores estão preparando novas observações de SN 1181 com dois instrumentos que ainda não usaram: o Very Large Array de radiotelescópios no Novo México e o Telescópio Subaru no Havaí.
Esses estudos, disse Ko, ajudarão a expandir o conhecimento dos cientistas sobre todas as supernovas. “As supernovas do tipo Ia foram cruciais para a descoberta da expansão acelerada do universo”, disse ele. “Mas, apesar da sua importância, o mecanismo por trás da sua explosão permanece desconhecido, tornando-a um dos desafios mais significativos da astronomia moderna.”
Ao estudar a SN 1181 e a sua explosão incompleta, acrescentou, os cientistas podem obter informações sobre o mecanismo das supernovas do tipo Ia.
Ótima oportunidade
Como objetos como o SN 1181 são importantes para a formação de muitos dos elementos que compõem o ser humano, estudá-los é uma grande oportunidade, segundo Zijlstra.
“Esses eventos muito energéticos podem formar elementos mais pesados que o ferro, como as terras raras”, disse ele. “É valioso ter um exemplo deste tipo de 1.000 anos atrás, onde ainda podemos ver o material ejetado, e talvez no futuro possamos ver exatamente quais elementos foram criados no evento.”
Este conhecimento ajudaria os cientistas a compreender como a Terra se formou e como adquiriu estes elementos, acrescentou Zijlstra.
Historicamente, as observações antigas de supernovas têm sido de suma importância para a astrofísica moderna, disse Bradley Schaefer, professor emérito de astrofísica e astronomia na Louisiana State University, que não esteve envolvido no estudo.
Schaefer acrescentou que SN 1181 representa uma das poucas ligações fiáveis entre uma supernova e o seu remanescente. O objeto é importante como o único caso possível para a obtenção de boas observações do tipo raro.
“A descoberta é que as supernovas do tipo Iax constituem aproximadamente 20% das supernovas em qualquer galáxia, incluindo a nossa Via Láctea, e podem ter formado a maior parte da poeira misteriosa do Universo primordial”, disse Schaefer por e-mail.
Ele acrescentou que durante a nossa vida, os astrofísicos não terão um caso melhor observado de um evento do Tipo Iax, por isso os investigadores devem fazer o seu melhor para compreender o SN 1181.
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