ALMA ENCONTRA POSSÍVEL SINAL DE ESTRELA DE NEUTRÕES NA SUPERNOVA 1987A 31 de julho de 2020
Esta impressão de artista da Supernova 1987A mostra as regiões interiores poeirentas dos remanescentes da estrela explodida (vermelho), no qual uma estrela de neutrões pode estar escondida. Esta região interior é contrastada com a concha exterior (a azul), onde a energia da supernova está a colidir (verde) com o invólucro de gás expelido pela estrela antes da sua poderosa detonação.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton
Duas equipas de astrónomos têm um argumento convincente no que toca ao mistério de 33 anos que envolve a Supernova 1987A. Com base em observações do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e num estudo teórico de acompanhamento, os cientistas fornecem novas informações para o caso de que uma estrela de neutrões está escondida nas profundezas do remanescente da estrela que explodiu. Esta seria a estrela de neutrões mais jovem conhecida até à data.
Desde que os astrónomos testemunharam uma das explosões mais brilhantes de uma estrela no céu noturno, criando a Supernova 1987A (SN 1987A), que procuram um objeto compacto que deveria ter-se formado nos detritos da explosão.
Dado que partículas conhecidas como neutrinos foram detetadas na Terra no dia da explosão (23 de fevereiro de 1987), os astrónomos esperavam que uma estrela de neutrões se formasse no centro colapsado da estrela. Mas quando os cientistas não conseguiram encontrar nenhuma evidência dessa estrela, começaram a perguntar-se se posteriormente colapsou ao invés para um buraco negro. Durante décadas a comunidade científica tem aguardado ansiosamente um sinal deste objeto que se esconde por trás de uma nuvem muito espessa de poeira.
O "borrão"
Recentemente, observações do radiotelescópio ALMA forneceram o primeiro indício da estrela de neutrões desaparecida após a explosão. Imagens de resolução extremamente alta revelaram um "borrão" quente no núcleo empoeirado de SN 1987A, que é mais brilhante do que o ambiente e corresponde à localização suspeita da estrela de neutrões.
"Ficámos muito surpresos ao ver este borrão quente feito por uma nuvem espessa de poeira no remanescente de supernova," disse Mikako Matsuura da Universidade de Cardiff e membro da equipa que encontrou o borrão com o ALMA. "Tem que haver algo na nuvem que aqueça a poeira e que a faça brilhar. Por isso, sugerimos a existência de uma estrela de neutrões escondida dentro da nuvem de poeira."
Embora Matsuura e a sua equipa estivessem empolgados com este resultado, perguntaram-se acerca do brilho do borrão. "Achámos que a estrela de neutrões podia ser demasiado brilhante para existir, mas então Dany Page e a sua equipa publicaram um estudo que indicava que a estrela de neutrões podia ser efetivamente assim tão brilhante devido à sua jovem idade," explicou Matsuura.
Dany Page é astrofísico na Universidade Nacional Autónoma do México, que estuda SN 1987A desde o início. "Estava a meio do meu doutoramento quando a supernova teve lugar," disse, "foi um dos maiores eventos da minha vida que me fez mudar o curso da minha carreira para tentar resolver este mistério. Era como um santo Graal moderno."
O estudo teórico de Page e da sua equipa, publicado ontem na revista the Astrophysical Journal, apoia fortemente a sugestão feita pela equipa do ALMA de que uma estrela de neutrões está a alimentar o borrão de poeira. "Apesar da complexidade suprema de uma explosão de supernova e das condições extremas que reinam no interior de uma estrela de neutrões, a deteção de um 'borrão' quente de poeira é uma confirmação das várias previsões," explicou Page.
Estas previsões foram a localização e a temperatura da estrela de neutrões. De acordo com os modelos de computador da supernova, a explosão "chutou" a estrela de neutrões do seu local de nascimento com uma velocidade de centenas de quilómetros por segundo (dezenas de vezes mais depressa do que o foguetão mais veloz). O borrão está exatamente no lugar onde os astrónomos pensam que a estrela de neutrões estaria hoje. E a temperatura da estrela de neutrões, prevista em cerca de 5 milhões de graus Celsius, fornece energia suficiente para explicar o brilho do borrão.
Não é um pulsar nem um buraco negro
Ao contrário das expetativas comuns, a estrela de neutrões provavelmente não é um pulsar. "A potência de um pulsar depende da rapidez com que gira e da força do seu campo magnético, ambos os quais precisariam de ter valores muito ajustados para corresponder às observações," disse Page, "enquanto a energia térmica emitida pela superfície quente da jovem estrela de neutrões encaixa naturalmente nos dados."
"A estrela de neutrões comporta-se exatamente como esperávamos," acrescentou James Lattimer da Universidade Stony Brook em Nova Iorque, membro da equipa de investigação de Page. Lattimer também acompanhou de perto SN 1987A, tendo publicado antes do evento SN 1987A previsões do sinal de neutrinos de uma supernova que corresponderam posteriormente às observações. "Estes neutrinos sugeriram que um buraco negro nunca se formou e, além disso, parece difícil que um buraco negro explique o brilho observado do borrão. Comparámos todas as possibilidades e concluímos que uma estrela de neutrões quente é a explicação mais provável."
Esta estrela de neutrões tem 25 km de diâmetro, uma bola extremamente quente de matéria ultradensa. Uma colher de chá do seu material pesaria mais do que todos os edifícios da cidade de Nova Iorque juntos. Por ter apenas 33 anos, seria a estrela de neutrões mais jovem já descoberta. A segunda estrela de neutrões mais jovem que conhecemos está localizada no remanescente de supernova Cassiopeia A e tem 330 anos.
Apenas uma imagem direta da estrela de neutrões daria provas definitivas da sua existência, mas para isso os astrónomos precisam de esperar mais algumas décadas até que a poeira e o gás no remanescente de supernova se tornem mais transparentes.
Imagens detalhadas do ALMA
Embora muitos telescópios já tenham obtido imagens de SN 1987A, nenhum deles foi capaz de observar o seu núcleo com tanta precisão quando o ALMA. Observações anteriores (em 3D) com o ALMA já haviam mostrado os tipos de moléculas encontradas no remanescente de supernova e confirmado que produziu grandes quantidades de poeira.
"Esta descoberta baseia-se em anos de observações com o ALMA, mostrando o núcleo da supernova em cada vez mais detalhe, graças às melhorias contínuas no radiotelescópio e no processamento de dados," disse Remy Indebetouw do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e da Universidade da Virgínia, que faz parte da equipa de imagem do ALMA.
Imagens de resolução extremamente alta do ALMA revelaram um "borrão" quente no núcleo empoeirado da Supernova 1987A (inserção), que pode ser a localização da estrela de neutrões desaparecida. A cor vermelha mostra poeira e gás frio no centro do remanescente de supernova, obtido no rádio com o ALMA. Os tons esverdeados e azulados revelam onde a onda de choque em expansão da estrela explodida está a colidir com um anel de material em torno da supernova. O verde representa o brilho da luz visível, pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA. A cor azul revela o gás mais quente e tem por base dados obtidos pelo Observatório de raios-X Chandra da NASA. O anel brilhou inicialmente devido ao flash de luz da explosão original. Ao longos dos anos, o anel de material aumentou consideravelmente de brilho à medida que a onda de choque da explosão colidia com ele.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), P. Cigan e R. Indebetouw; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/ESA
Esta imagem a cores e em vários comprimentos de onda do intricado remanescente da Supernova 1987A foi produzido com três observatórios diferentes. A cor vermelha mostra poeira e gás frio no centro do remanescente de supernova, obtido no rádio com o ALMA. Os tons esverdeados e azulados revelam onde a onda de choque em expansão da estrela explodida está a colidir com um anel de material em torno da supernova. O verde representa o brilho da luz visível, pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA. A cor azul revela o gás mais quente e tem por base dados obtidos pelo Observatório de raios-X Chandra da NASA. O anel brilhou inicialmente devido ao flash de luz da explosão original. Ao longos dos anos, o anel de material aumentou consideravelmente de brilho à medida que a onda de choque da explosão colidia com ele.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), P. Cigan e R. Indebetouw; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/ESA
