Por quase um século, os astrônomos estudam supernovas com grande interesse. Esses eventos milagrosos são o que ocorre quando uma estrela entra na fase final de sua vida útil e entra em colapso, ou é removida por uma estrela companheira de suas camadas externas até o ponto em que sofre o colapso do núcleo. Nos dois casos, esse evento geralmente leva a uma liberação maciça de material algumas vezes a massa do nosso Sol.
No entanto, uma equipe internacional de cientistas testemunhou recentemente uma supernova surpreendentemente fraca e breve. Suas observações indicam que a supernova foi causada por um companheiro invisível, provavelmente uma estrela de nêutrons que arrancou seu companheiro de material, causando o colapso e a supernova. Esta é, portanto, a primeira vez que os cientistas testemunham o nascimento de um sistema binário compacto de estrela de nêutrons.
O estudo, intitulado "Uma supernova quente e rápida com strip-tiras que provavelmente formou um binário compacto em estrela de nêutrons", apareceu recentemente na revista Ciência. O estudo foi liderado por Kishalay De, um estudante de pós-graduação do Departamento de Astrofísica da Caltech, e incluiu membros do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA e do Laboratório de Propulsão a Jato, do Weizmann Institute of Science, do Instituto Max Planck de Astrofísica, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e várias universidades e observatórios.
A pesquisa da equipe foi conduzida principalmente no laboratório de Mansi Kasliwal, professor assistente de astronomia da Caltech e co-autor do estudo. Ela também é a principal pesquisadora do projeto Relé Global de Observatórios que Observam Transientes Acontecer (CRESCIMENTO), uma colaboração astronômica internacional focada no estudo da física de eventos transitórios (de curta duração) - ou seja, supernovas, estrelas de nêutrons, negras. fusões e asteróides próximos da Terra.
Para o estudo, a equipe observou o evento de supernova conhecido como iPTF 14gqr, que apareceu nos arredores de uma galáxia espiral a cerca de 920 milhões de anos-luz da Terra. No curso de suas observações, eles notaram que a supernova resultou na liberação de uma quantidade comparativamente modesta de matéria - cerca de um quinto da massa do Sol. Foi uma grande surpresa, como Kasliwali indicou em um recente comunicado de imprensa da Caltech:
"Vimos o colapso do núcleo desta estrela massiva, mas vimos notavelmente pouca massa ejetada. Chamamos isso de supernova de envelope ultra-despojado e há muito tempo prediz que eles existem. Esta é a primeira vez que vimos de forma convincente o colapso de uma estrela massiva que é tão desprovida de matéria. ”
Esse evento foi incomum porque, para que as estrelas entrassem em colapso, seus núcleos precisavam ter sido previamente envolvidos por grandes quantidades de material. Isso levantou a questão de onde poderiam ter ido as estrelas que perderam massa. Com base em suas observações, eles determinaram que um companheiro compacto (uma anã branca ou uma estrela de nêutrons) deve tê-lo desviado com o tempo.
Esse cenário é o que leva às supernovas do tipo I, que ocorrem no sistema binário que consiste em uma estrela de nêutrons e um gigante vermelho. Nesse caso, a equipe não conseguiu localizar o companheiro estrela de nêutrons, mas concluiu que ele deveria ter se formado em órbita com a outra estrela, formando o sistema binário original. De fato, isso significa que, ao observar o iPTF 14gqr, a equipe testemunhou o nascimento de um sistema binário composto por duas estrelas compactas de nêutrons.
Além do mais, o fato de essas duas estrelas de nêutrons estarem tão próximas umas das outras significa que acabarão se fundindo em um evento semelhante ao ocorrido em 2017. Conhecida como o "evento kilonova", essa fusão foi o primeiro evento cósmico a ocorrer. visto em ondas gravitacionais e eletromagnéticas. As observações de acompanhamento também indicaram que a fusão provavelmente resultou na formação de um buraco negro.
Isso cria oportunidades para pesquisas futuras, que estarão assistindo o iPTF 14gqr para ver se outro evento kilonova resulta e cria outro buraco negro. Além disso, o fato de a equipe ter sido capaz de observar o evento foi bastante positivo, uma vez que esses fenômenos são raros (representando apenas 1% dos eventos de supernova) e de curta duração. Como De explicou:
“Você precisa de pesquisas rápidas e transitórias e de uma rede bem coordenada de astrônomos em todo o mundo para realmente capturar a fase inicial de uma supernova. Sem dados em sua infância, não poderíamos concluir que a explosão deve ter se originado no núcleo em colapso de uma estrela maciça com um envelope cerca de 500 vezes o raio do sol. ”
O evento foi detectado pela primeira vez pelo Observatório Palomar como parte da fábrica intermediária Palomar Transient (iPTF) - uma colaboração científica em que observatórios ao redor do mundo monitoram o cosmos para eventos cósmicos de curta duração, como supernovas. Graças ao iPTF conduzindo pesquisas noturnas, o telescópio Palomar conseguiu detectar o iPTF 14gqr logo depois de ter sido supernova.
A colaboração também garantiu que, uma vez que o Telescópio Palomar não pudesse mais vê-lo (devido à rotação da Terra), outros observatórios poderiam monitorá-lo e acompanhar sua evolução. Olhando para o futuro, o Zwicky Transient Facility (que é o sucessor do Observatório Palomar para o iPTF) estará realizando pesquisas ainda mais frequentes e amplas do céu, na esperança de detectar mais desses eventos raros.
Essas pesquisas, em coordenação com os esforços de acompanhamento de redes como a GROWTH, permitirão aos astrônomos estudar como os sistemas binários compactos evoluem. Isso levará a uma compreensão maior não apenas de como esses objetos interagem, mas fornece mais informações sobre como as ondas gravitacionais e certos tipos de buracos negros são formados.
