As supernovas – explosões de estrelas tão brilhantes quanto toda a Via Láctea – nos fascinam desde os tempos antigos. No entanto, existem mais supernovas pobres em hidrogénio do que os astrofísicos conseguem explicar. Agora, um novo professor assistente do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) desempenhou um papel fundamental na identificação do aglomerado de precursores desaparecidos. Os resultados, agora publicados na revista Science, remontam a uma conversa entre dois professores que eram cientistas juniores há muitos anos.
Algumas estrelas não morrem simplesmente, mas explodem em explosões estelares que podem exceder o poder de galáxias inteiras. Esses fenômenos cósmicos, chamados supernovas, espalham luz, elementos, energia e radiação pelo espaço e criam ondas de choque galácticas que comprimem nuvens de gás e criam novas estrelas. Em outras palavras, as supernovas moldaram o nosso universo. Entre elas, as supernovas pobres em hidrogénio produzidas pela explosão de estrelas massivas sempre intrigaram os astrofísicos. A razão: os cientistas não conseguiram encontrar as suas estrelas progenitoras. Essas supernovas aparecem quase como se surgissem do nada.
"Existem muito mais supernovas pobres em hidrogénio do que os nossos modelos atuais conseguem explicar. Ou não conseguimos detetar estrelas que amadurecem nesta trajetória ou temos de modificar todos os nossos modelos," afirma a professora assistente da ISTA, Ylva Götberg. Ela foi pioneira no trabalho com Maria Drout, professora associada do Instituto Dunlap de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Toronto, Canadá.
"Estrelas isoladas normalmente explodem como supernovas ricas em hidrogénio. A pobreza de hidrogénio indica que a estrela precursora deve ter perdido o seu espesso invólucro rico em hidrogénio. Isto ocorre naturalmente em um terço das estrelas massivas à medida que a companheira binária se desprende do seu invólucro," disse Gottberg.
Agora, Gottberg e Drout estão combinando os seus conhecimentos em modelação teórica e observações para procurar as estrelas desaparecidas. A sua pesquisa foi bem-sucedida: documentaram uma população estelar inédita, preenchendo finalmente uma enorme lacuna de conhecimento e revelando a origem de supernovas pobres em hidrogénio.
Estrelas duplas e peeling capsular
As estrelas que Gottberg e Drout procuravam estavam em pares: cruzadas entre si em um sistema binário. O sistema estelar binário Sirius está localizado a apenas 8,6 anos-luz de distância da Terra - do ponto de vista cosmológico, está literalmente a poucos passos de distância. Isto explica o brilho observado de Sirius A no nosso céu noturno.
Os astrofísicos esperam que as estrelas desaparecidas tenham se formado originalmente a partir de sistemas estelares binários massivos. Num sistema binário, as estrelas orbitam umas às outras até que o envelope espesso e rico em hidrogénio da estrela mais massiva se expanda. Eventualmente, a atração gravitacional do envelope em expansão sobre a estrela companheira será maior do que a atração gravitacional sobre o seu próprio núcleo.
Isto faz com que a massa comece a mudar, eventualmente fazendo com que todo o invólucro rico em hidrogénio seja removido, deixando para trás um núcleo de hélio quente e compacto - mais de 10 vezes mais quente que a superfície do Sol. Este é exatamente o tipo de estrela que Gottberg e Drout procuram.
"Acreditava-se que estrelas de hélio de massa intermediária removidas através de interações binárias desempenhavam um papel importante na astrofísica. No entanto, elas não foram observadas até agora." Na verdade, existe uma enorme diferença de massa entre os tipos conhecidos de estrelas de hélio: as estrelas Wolf-Rayet (WR) mais massivas têm mais de 10 vezes a massa do Sol, enquanto as subanãs de baixa massa podem ter apenas cerca de metade da massa do Sol. No entanto, de acordo com as previsões do modelo, a massa do precursor da supernova pobre em hidrogénio após a remoção está entre 2 e 8 massas solares.
Não estou procurando uma agulha no palheiro
Antes do estudo de Gottberg e Drout, apenas uma estrela foi encontrada para atender aos critérios esperados de massa e composição, e foi apelidada de "raio quase-lobo" (ou "raio-lobo aproximado").
“No entanto, as estrelas que seguem este caminho vivem tanto que muitas delas devem estar espalhadas por todo o universo observável”, disse Gottberg. Os cientistas não os “vêem” de forma alguma? Então Gottberg e Drouter usaram seus conhecimentos complementares. Com a ajuda da fotometria ultravioleta e da espectroscopia óptica, eles identificaram um aglomerado de 25 estrelas que correspondia às expectativas para estrelas de hélio de massa intermediária. Estas estrelas estão localizadas em duas galáxias vizinhas bem estudadas, a Grande Nuvem de Magalhães e a Pequena Nuvem de Magalhães.
"O nosso estudo mostra que estas estrelas são mais azuis do que a linha de nascimento da estrela, que é a fase mais azul na vida de uma única estrela. O processo de maturação de uma única estrela ocorre em direção à região vermelha do espectro. A estrela move-se na direção oposta apenas quando as suas camadas exteriores são removidas - uma situação que se espera ser comum em binários em interação, mas rara em estrelas massivas individuais," explica Gottberg.
Os cientistas usaram então a espectroscopia óptica para verificar a população estelar candidata: descobriram que estas estrelas tinham fortes assinaturas espectrais de hélio ionizado.
"As linhas de hélio fortemente ionizado dizem-nos duas coisas importantes: primeiro, confirmam que as camadas mais externas das estrelas são maioritariamente hélio e, segundo, as suas superfícies são muito quentes," disse Gottberg. "Depois de removido, o núcleo da estrela fica exposto, compacto e rico em hélio, e é isso que acontece com as estrelas."
No entanto, ambas as estrelas num sistema binário contribuem para o espectro observado. Esta técnica permite, portanto, aos investigadores classificar aglomerados de estrelas candidatas com base na estrela que mais contribui para o espectro.
"Este trabalho levou-nos à população desaparecida de estrelas de massa intermédia com depleção de hélio, os ancestrais previstos das supernovas pobres em hidrogénio. Estas estrelas sempre existiram e podem existir mais. Temos de descobrir como encontrá-las," disse Gottberg. “Nosso trabalho é provavelmente uma das primeiras tentativas, mas deve haver outras abordagens possíveis”.
De estudante de graduação a líder em astrofísica
A ideia por trás do projeto foi desencadeada por uma discussão depois que Gottberg e Drout participaram de uma conferência durante seus estudos de pós-graduação, na qual Gottberg deu uma palestra. Ambos os cientistas eram investigadores em início de carreira rumo às estrelas e são agora líderes nas suas áreas.
Gottberg, que trabalhou como bolsista de pós-doutorado do NASA Hubble no Observatório Carnegie em Pasadena, Califórnia, ingressou no ISTA em setembro. No Instituto Internacional de Astrofísica, Gottberg junta-se ao grupo crescente de jovens líderes de grupos de astrofísica do instituto e lidera o seu próprio grupo focado no estudo das interações binárias das estrelas.
Fonte compilada: ScitechDaily