Supernovas são alguns dos eventos mais enérgicos e poderosos do universo observável. E, embora saibamos que as supernovas são responsáveis por criar os elementos pesados necessários para tudo, de planetas a pessoas e ferramentas elétricas, os cientistas lutam há muito tempo para determinar a mecânica por trás do colapso repentino e subsequente explosão de estrelas massivas.
Agora, graças à missão NuSTAR da NASA, temos nossas primeiras pistas sólidas sobre o que acontece antes de uma estrela "crescer".
A imagem acima mostra o remanescente de supernova Cassiopeia A (ou Cas A, abreviado) com dados do NuSTAR em azul e observações do Observatório de Raios-X Chandra em vermelho, verde e amarelo. É a onda de choque que resta da explosão de uma estrela cerca de 15 a 25 vezes mais massiva que o nosso Sol há mais de 330 anos *, e brilha em vários comprimentos de onda da luz, dependendo das temperaturas e tipos de elementos presentes.
Observações anteriores com Chandra revelaram emissões de raios-x da expansão de conchas e filamentos de gás rico em ferro quente no Cas A, mas eles não conseguiram espiar o suficiente para ter uma idéia melhor do que está dentro da estrutura. Não foi até a Matriz do Telescópio Espectroscópico Nuclear da NASA - que é o NuSTAR para aqueles que conhecem - voltou sua visão de raio-x para o Cas A que as peças do quebra-cabeça ausentes puderam ser encontradas.
E eles são feitos de titânio radioativo.
Muitos modelos foram criados (usando milhões de horas de tempo do supercomputador) para tentar explicar as supernovas de colapso do núcleo. Um dos principais tem a estrela destruída por jatos poderosos disparando de seus pólos - algo que está associado a explosões de raios gama ainda mais poderosas (mas focadas). Mas não parecia que os jatos eram a causa do Cas A, que não exibe restos elementares dentro de suas estruturas de jato ... e, além disso, os modelos que dependem apenas de jatos nem sempre resultavam em uma supernova completa.
Como se vê, a presença de aglomerados assimétricos de titânio radioativo nas profundezas das conchas de Cas A, revelados por raios-X de alta energia pelo NuSTAR, apontam para um processo surpreendentemente diferente em jogo: uma "dispersão" de material dentro do progenitor estrela que inicia uma onda de choque, acabando com ela.
Assista a uma animação de como esse processo ocorre:
O deslizamento, que ocorre ao longo de apenas duzentos milissegundos - literalmente num piscar de olhos - é comparado a ferver água no fogão. Quando as bolhas rompem a superfície, o vapor entra em erupção.
Somente neste caso, a erupção leva à detonação incrivelmente poderosa de uma estrela inteira, explodindo uma onda de choque de partículas de alta energia no meio interestelar e espalhando uma tabela periódica de elementos pesados na galáxia.
No caso de Cas A, o titânio-44 foi ejetado, em aglomerados que ecoam a forma da assimetria original do sloshing. O NuSTAR conseguiu criar imagens e mapear o titânio, que brilha nos raios-x por causa de sua radioatividade (e não porque é aquecido pela expansão das ondas de choque, como outros elementos mais leves visíveis para Chandra).
"Até termos o NuSTAR, não podíamos realmente ver o centro da explosão", disse o astrônomo da Caltech Brian Grefenstette durante uma teleconferência da NASA em 19 de fevereiro.
“Anteriormente, era difícil interpretar o que estava acontecendo no Cas A, porque o material que só podíamos ver brilhava nos raios-X quando aquecido. Agora que podemos ver o material radioativo, que brilha nos raios X, não importa o quê, estamos tendo uma imagem mais completa do que estava acontecendo no centro da explosão. ”
- Brian Grefenstette, autor principal, Caltech
Tudo bem, você diz. O NuSTAR da NASA encontrou o brilho do titânio nas sobras de uma estrela explodida, Chandra viu um pouco de ferro, e sabemos que ele caiu e "ferveu" uma fração de segundo antes de explodir. E daí?
"Agora você deve se preocupar com isso", disse o astrônomo Robert Kirshner, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian. "As supernovas produzem os elementos químicos; portanto, se você comprou um carro americano, ele não foi fabricado em Detroit há dois anos; os átomos de ferro desse aço foram fabricados em uma antiga explosão de supernova que ocorreu cinco bilhões de anos atrás. E o NuSTAR mostra que o titânio que está no quadril substituto do seu tio Jack também foi produzido nessa explosão.
"Somos todos poeira estelar e o NuSTAR está nos mostrando de onde viemos. Incluindo nossas peças de reposição. Então você deve se preocupar com isso ... e seu tio Jack também.
E não são apenas as supernovas de colapso central que o NuSTAR poderá investigar. Outros tipos de supernovas também serão examinados - no caso do SN2014J, um tipo Ia que foi detectado na M82 em janeiro, mesmo logo após a ocorrência.
"Sabemos que esse é um tipo de estrela anã branca que detona", respondeu a investigadora principal do NuSTAR, Fiona Harrison, à Space Magazine durante a teleconferência. "Esta é uma notícia muito emocionante ... O NuSTAR está observando o [SN2014J] há semanas, e esperamos poder dizer algo sobre essa explosão também."
Uma das realizações mais valiosas das descobertas recentes do NuSTAR é ter um novo conjunto de restrições observadas nos futuros modelos de supernovas de colapso do núcleo ... que ajudarão a fornecer respostas - e provavelmente novas perguntas - sobre como as estrelas explodem, mesmo centenas ou milhares de anos depois que eles fazem.
"O NuSTAR é pioneiro na ciência e você deve esperar que, quando obtiver novos resultados, abrirá tantas perguntas quanto responder", disse Kirshner.
Lançado em junho de 2012, o NuSTAR é o primeiro telescópio de raios X com foco em órbita terrestre e o primeiro telescópio capaz de produzir mapas de elementos radioativos em remanescentes de supernovas.
Leia mais sobre o comunicado de imprensa da JPL aqui e ouça a conferência de imprensa completa aqui.
* Como Cas A reside a 11.000 anos-luz da Terra, a data real da supernova seria cerca de 11.330 anos atrás. Mais ou menos alguns.
