Astrônomos capturaram a visão incrivelmente rara de uma estrela poucas horas depois que ela explodiu

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O aglomerado de galáxias Abell 370. (Créditos: NASA, ESA/Hubble, HST Frontier Fields)

Traduzido por Julio Batista
Original de Mike McRae para o ScienceAlert

É uma verdade inconveniente da astronomia que ninguém recebe um convite pessoal para testemunhar os últimos suspiros de uma estrela. Avistar uma estrela em um momento crítico de sua morte é uma questão de sorte, sendo um achado raro.

Com a ajuda de um aglomerado de galáxias convenientemente localizado, uma equipe internacional de pesquisadores mediu o flash de luz emitido por uma supernova distante em três momentos distintos.

Os dados permitirão que eles testem teorias sobre o que a luz da estrela emitida em sua morte pode nos dizer sobre seu tamanho.

A própria estrela está muito distante para qualquer telescópio ver em detalhes. É tão distante que sua luz levou cerca de 11,5 bilhões de anos para cruzar a enorme extensão, chegando a nós em meio ao brilho emaranhado de inúmeras outras estrelas em sua galáxia natal.

No entanto, podemos observar as mudanças no brilho da estrela, e elas revelam algumas coisas sobre como ela morreu. E viveu.

Em algum lugar na vastidão do cosmos, o emaranhado de luz das estrelas passou dentro de uma seção do aglomerado de galáxias Abell 370 – um conjunto de várias centenas de galáxias a cerca de 4 bilhões de anos-luz de distância.

Ter tantas galáxias próximas provavelmente deixará um grande ponto na paisagem cósmica, fazendo com que a luz da estrela se dobre levemente enquanto ela viaja.

O efeito era um pouco parecido com o de um telescópio gigante do tamanho de uma galáxia, com uma lente arranhada e embaçada, distorcida pela gravidade irregular.

Espalhada em uma configuração conhecida como uma cruz de Einstein, a luz original foi ampliada e copiada, produzindo versões sutilmente diferentes da galáxia distante como ela apareceu em diferentes momentos no tempo.

Os pesquisadores descobriram o anel de luz gravitacional em um levantamento de estrelas feito pelo Telescópio Espacial Hubble em 2010. Com alguma modelagem inteligente, a equipe transformou a luz em algo decifrável, revelando três dos quatro pontos da cruz (o quarto estava muito fraco para distinguir).

Várias imagens da supernova. Tradução da imagem: supernova com múltiplas imagens tiradas (multiply imaged supernova), aglomerado de galáxias (galaxy cluster), dezembro (december). diferença (difference) e dia (day). (Créditos: Chen et al., Nature, 2022)

Uma análise da luz dentro de cada ponto revelou o brilho crescente de uma estrela explodindo em algum lugar, escalonada ao longo de oito dias. Um apresentava a luz apenas seis horas após a explosão inicial.

Tomados em conjunto, os três borrões de luz fornecem detalhes da supernova esfriando lentamente ao longo de uma semana, de 100.000 graus Kelvin a 10.000 K muito mais frios.

Estrelas morrendo de um certo tamanho não desaparecem silenciosamente na noite. Esgotadas do combustível atômico que as acendem, elas esfriam o suficiente para que seus núcleos colapsem com uma fúria que resulta na mãe de todas as explosões nucleares.

Saber exatamente quando uma determinada estrela vai explodir é algo que os pesquisadores estão lentamente conseguindo. Embora as camadas em expansão de gás e luz das explosões de supernovas não sejam difíceis de encontrar, pegar uma estrela no momento da morte exige muita sorte.

Aqui, os astrônomos não apenas tinham o flash característico de uma estrela morrendo em uma galáxia muito, muito distante, mas também tinham detalhes vitais sobre as mudanças em sua luz em um curto período.

Esta informação ajuda a confirmar modelos sobre como o material ao redor das estrelas interage com a explosão de radiação de dentro, aquecendo em um piscar de olhos antes de resfriar rapidamente novamente, permitindo que eles trabalhem retrocedendo esses estágios para determinar o tamanho original da estrela a partir de como ela esfria.

Com base no que eles aprenderam neste caso, a equipe está confiante de que a estrela que eles testemunharam em seus momentos de morte tinha um raio mais de 530 vezes maior que o do nosso próprio Sol.

O estudo não só suporta modelos teóricos sobre a evolução das supernovas e das estrelas que as produzem, mas também abre caminho para analisar toda uma nova população de estrelas do Universo primitivo.

E isso é o mais próximo possível de um convite dos últimos momentos fugazes de uma estrela.

Esta pesquisa foi publicada na Nature.