Anãs brancas fundidas com estrelas de nêutrons podem explicar supernovas solitárias

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Pesquisadores da Universidade de Warwick explicam mistério das supernovas solitárias. Sistemas estelares binários compactos que foram jogados longe de sua galáxia hospedeira quando uma estrela do par tornou-se uma estrela de nêutrons, passam por uma segunda explosão quando a estrela anã branca restante acaba sendo puxado pela estrela de nêutrons. Créditos: Mark A. Garlick / Universidade de Warwick.

Publicado na ScienceDaily

Uma equipe de pesquisa liderada por astrônomos e astrofísicos da Universidade de Warwick descobriu que algumas das mais solitárias supernovas do Universo são provavelmente criadas pelas colisões de estrelas anãs brancas com estrelas de nêutrons.

Dr. Joseph Lyman, da Universidade de Warwick, é o principal pesquisador do estudo “The progenitors of calcium-rich transients are not formed in situ”, publicado pela revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“Nosso trabalho examina as chamadas transitórias ‘ricas em cálcio”, diz o Dr. Lyman. “Elas são explosões luminosas que duram por semanas, mas, no entanto, não são tão brilhantes e não duram tanto tempo como supernovas tradicionais, o que as torna difíceis de descobrir e estudar em detalhe”.

Estudos anteriores haviam mostrado que o cálcio compreende até metade do material ejetado em tais explosões, em comparação com apenas uma pequena fração ejetada nas supernovas normais. Isso significa que esses eventos curiosos podem realmente ser os produtores dominantes do cálcio no nosso universo.

“Um dos aspectos mais estranhos é que elas parecem explodir em lugares incomuns. Por exemplo, se você olhar para uma galáxia, você espera que qualquer explosão esteja em sintonia com a luz subjacente que você vê partindo da galáxia, já que é onde as estrelas estão” comenta o Dr. Lyman. “No entanto, uma grande parte delas está explodindo a enormes distâncias de suas galáxias, onde o número de sistemas estelares é minúsculo”.

“O que abordamos no artigo é se existem sistemas por baixo de onde essas transitórias explodiram. Por exemplo, pode haver galáxias anãs muito fracas lá, explicando os locais estranhos. Nós apresentamos observações que mostram que estas transitórias não estão absolutamente nada próximas da localização das galáxias – então a questão torna-se: como elas chegaram lá?”.

Transitórias ricas em cálcio observadas até o momento podem ser vistas a dezenas de milhares de parsecs de distância de qualquer galáxia hospedeira potencial, com um terço desses eventos estando, pelo menos, a 65 mil anos-luz de uma galáxia hospedeira potencial.

Os pesquisadores utilizaram o Very Large Telescope no Chile e observações do Telescópio Espacial Hubble dos exemplos mais próximos destas transitórias ricas em cálcio para tentar detectar qualquer coisa deixada para trás ou na área ao redor da explosão.

As observações profundas permitiram que eles excluíssem a presença de galáxias anãs tênues ou aglomerados estelares globulares nos locais destes exemplos mais próximos. Além disso, uma explicação para o colapso do núcleo de supernovas, que são semelhantes ao das transitórias ricas em cálcio, embora mais fraco, é o colapso de uma estrela massiva em um sistema binário onde o material é retirado da estrela massiva passando por um colapso. Os pesquisadores não encontraram nenhuma evidência de uma companheira binária sobrevivente ou outras estrelas massivas nas imediações, permitindo-lhes rejeitar estrelas massivas como os progenitores das transitórias ricas em cálcio.

O professor Andrew Levan, da Universidade do Departamento de Física de Warwick e pesquisador no papel, disse: “Estava cada vez mais parecendo que estrelas massivas hipervelozes não poderiam explicar as localizações destas supernovas. Elas devem ter massa inferior e estar em sistemas binários, pois não há nenhuma maneira conhecida de uma única estrela de baixa massa explodir em supernova por si só, ou criar um evento parecido com uma supernova”. Os pesquisadores então compararam seus dados com o que se sabe sobre rajadas de raios gama de curta duração (SGRBs). Estes também são muitas vezes vistos “explodindo” em locais remotos sem galáxia coincidente detectada. Entendemos que SGRBs ocorrem quando duas estrelas de nêutrons colidem, ou quando uma estrela de nêutrons se funde com um buraco negro – este último tem sido apoiado pela detecção de uma “kilonova” acompanhada de uma SGRB graças ao trabalho liderado pelo professor Nial Tanvir, um colaborador neste estudo. Apesar disso, a fusão de uma estrela de nêutrons e de um buraco negro não explica essas brilhantes transitórias ricas em cálcio. A equipe de pesquisa considerou que se a colisão foi entre uma estrela anã branca e uma estrela de nêutrons, ela iria se encaixaria em suas observações e análises, uma vez que:

  • Forneceriam energia suficiente para gerar a luminosidade das transitórias ricas em cálcio.
  • A presença de uma anã branca iria proporcionar um mecanismo para produzir material rico em cálcio.
  • A presença da estrela de nêutrons poderia explicar por que este sistema estelar binário foi encontrado tão longe de uma galáxia hospedeira.

Dr. Lyman disse: “O que nós propomos é, portanto, que estes sistemas foram ejetados de sua galáxia. Um bom candidato neste cenário é uma anã branca e uma estrela de nêutrons em um sistema binário. A estrela de nêutrons é formada quando uma estrela massiva explode em uma supernova. O mecanismo da explosão supernova faz com que a estrela de nêutrons seja ‘chutada’ a uma velocidade muito alta (100 km/s). Este sistema de alta velocidade pode escapar de sua galáxia, e se o sistema binário sobrevive ao chute, a anã branca e a estrela de nêutrons irão se fundir causando a transitória explosiva”.

Os pesquisadores observam que tais sistemas fundidos de anãs brancas e estrelas de nêutrons são postuladas para produzir explosões de raios gama de alta energia, carecendo mais observações de eventuais novos exemplos de cálcio transitórios ricos para serem confirmados. Além disso, esses sistemas de fusão contribuirão com fontes significativas de ondas gravitacionais, potencialmente detectáveis ​​pelos próximos experimentos que irão lançar mais luz sobre a natureza destes sistemas exóticos.

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