Supernova superluminosa marca a morte de uma estrela no meio-dia cósmico

A uma distância de 10 bilhões de anos-luz, uma supernova detectada pela equipe do Dark Energy Survey é uma das mais distantes supernovas descobertas e confirmadas.

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A seta amarela marca a supernova superluminosa DES15E2mlf nesta imagem de cor falsa do campo circundante. Esta imagem foi observada com os filtros da Dark-Energy Camera (DECam) montados no telescópio Blanco de 4 metros em 28 de dezembro de 2015, próximo ao momento em que a supernova alcançou sua luminosidade máxima. (Observadores: D. Gerdes e S. Jouvel)

Artigo traduzido de UC Santa Cruz. Autor: Tim Stephens.

A morte de uma estrela massiva em uma galáxia distante há 10 bilhões de anos criou uma supernova superluminosa rara que os astrônomos dizem ser uma das mais distantes já descobertas. A brilhante explosão, mais de três vezes mais brilhante do que as 100 mil milhões de estrelas de nossa galáxia da Via Láctea combinadas, ocorreu cerca de 3,5 bilhões de anos após o Big Bang em um período conhecido como “meio-dia cósmico”, quando a taxa de formação de estrelas no universo atingiu seu pico.

As supernovas superluminosas são 10 a 100 vezes mais brilhantes do que uma supernova típica resultante do colapso de uma estrela massiva. Mas os astrônomos ainda não sabem exatamente quais tipos de estrelas dão origem à sua extrema luminosidade ou quais processos físicos estão envolvidos.

A supernova conhecida como DES15E2mlf é incomum mesmo entre o pequeno número de supernovas superluminosas que os astrônomos detectaram até agora. Inicialmente foi detectada em novembro de 2015 pela colaboração Dark Energy Survey (DES) usando o telescópio Blanco de 4 metros no Observatório Interamericano de Cerro Tololo no Chile. As observações de acompanhamento para medir a distância e obter espectros detalhados da supernova foram conduzidas com o Gemini Multi-Object Spectrograph no telescópio Gemini de 8 metros.

A investigação foi liderada pelos astrônomos da UC Santa Cruz Yen-Chen Pan e Ryan Foley como parte de uma equipe internacional de colaboradores do DES. Os pesquisadores relataram suas descobertas em um artigo publicado 21 de julho na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

As novas observações podem fornecer pistas sobre a natureza das estrelas e galáxias durante o auge da formação estelar. As supernovas são importantes na evolução das galáxias porque suas explosões enriquecem o gás interestelar a partir do qual novas estrelas se formam com elementos mais pesados ​​do que o hélio (que os astrônomos chamam de “metais”).

“É importante saber que estrelas muito massivas estavam explodindo naquela época”, disse Foley, professor assistente de astronomia e astrofísica da UC Santa Cruz. “O que realmente queremos saber é a taxa relativa de supernovas superluminosas para supernovas normais, mas ainda não podemos fazer essa comparação porque as supernovas normais são muito fracas para ver a essa distância. Portanto, não sabemos se esta supernova atípica está nos dizendo algo especial sobre essa época 10 bilhões de anos atrás”.

As observações anteriores de supernovas superluminosas as encontraram residindo tipicamente galáxias de pouca massa ou anãs, que tendem a ser menos enriquecidas por metais que galáxias mais massivas. A galáxia hospedeira de DES15E2mlf, no entanto, é uma galáxia bastante massiva e de aparência normal.

“A ideia atual é que um ambiente de baixa metalicidade é importante na criação de supernovas superluminosas, e é por isso que elas tendem a ocorrer em galáxias de baixa massa, mas o DES15E2mlf está em uma galáxia relativamente massiva em comparação com a típica galáxia que hospeda supernovas superluminosas”, afirmou. Pan é pesquisador pós-docente da UC Santa Cruz e primeiro autor do artigo.

Foley explicou que as estrelas com menos elementos pesados ​​mantêm uma fração maior de sua massa quando morrem, o que pode causar uma explosão maior quando a estrela esvazia o suprimento de combustível e colapsa.

“Nós sabemos que a metalicidade afeta a vida de uma estrela e como ela morre, então encontrar essa supernova superluminosa em uma galáxia de massa superior vai contra o pensamento atual”, disse Foley. “Mas estamos a observando num tempo remoto, essa galáxia teria tido pouco tempo para criar metais, por isso pode ser que nestes tempos anteriores da história do universo, mesmo as galáxias de alta massa possuíam conteúdo de metal suficientemente baixo para criar essas extraordinárias explosões estelares. Em algum momento, a Via Láctea também teve essas condições e pode ter produzido muitas dessas explosões”.

“Embora muitos enigmas permaneçam, a capacidade de observar essas supernovas incomuns em distâncias tão grandes fornece informações valiosas sobre as estrelas mais massivas e sobre um período importante na evolução das galáxias”, disse Mat Smith, pesquisador pós-doutorado na Universidade de Southampton. O Dark Energy Survey descobriu uma série de supernovas superluminosas e continua a ver explosões cósmicas muito distantes que revelam como as estrelas explodiram durante o período mais intenso de formação estelar.

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