EXPLOSÃO DE SUPERNOVA COM "RETRANSMISSÃO" ESPERADA PARA 2037 17 de setembro de 2021
Agora vemos, agora não. Três vistas da mesma supernova aparecem na imagem de 2016 à esquerda, obtida pelo Telescópio Espacial Hubble. Mas não na imagem de 2019. A supernova distante, chamada Requiem, está inserida no gigantesco enxame de galáxias MACS J0138. O enxame é tão massivo que a sua poderosa gravidade dobra e amplia a luz da supernova, localizada numa galáxia bem por trás. Chamado lente gravitacional, este fenómeno também divide a luz da supernova em várias imagens espelhadas, descadas pelos círculos brancos na imagem de 2016. A supernova com imagens múltiplas desaparece na imagem de 2019 do mesmo enxame, à direita. A foto, tirada em 2019, ajudou os astrónomos a confirmar a natureza do objeto. As supernovas explodem e desaparecem com o tempo. Os investigadores prevêem que uma repetição da mesma supernova faça uma aparição em 2037. A localização prevista dessa quarta imagem está destacada pelo círculo amarelo perto do canto superior esquerdo. A luz da supernova Requiem precisou de cerca de 10 mil milhões de anos para cá chegar, com base na distância da sua galáxia hospedeira. A luz que o Hubble capturou do enxame galáctico, MACS J0138.0-2155, levou cerca de 4 mil milhões de anos para chegar à Terra. As imagens foram obtidas no infravermelho próximo pela WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble.
Crédito: processamento - Joseph DePasquale (STScI)
É um desafio fazer previsões, especialmente em astronomia. Existem, no entanto, algumas previsões das quais os astrónomos podem depender, como o momento dos próximos eclipses lunares e solares e o regresso de alguns cometas.
Agora, olhando bem além do Sistema Solar, os astrónomos adicionaram uma previsão sólida de um evento que ocorre nas profundezas do espaço intergaláctico: uma imagem de uma estrela a explodir, denominada supernova "Requiem", que aparecerá por volta do ano 2037. Embora esta retransmissão não seja visível a olho nu, alguns futuros telescópios devem ser capazes de a detetar.
Acontece que esta futura aparência será a quarta observação conhecida da mesma supernova, ampliada, iluminada e dividida em imagens separadas por um enorme enxame de galáxias em primeiro plano agindo como lentes de zoom cósmico. Três imagens da supernova foram encontradas pela primeira vez em dados de arquivo obtidos em 2016 pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA.
As imagens múltiplas são produzidas pela poderosa gravidade do gigantesco enxame de galáxias, que distorce e amplia a luz da supernova bem por trás dele, um efeito chamado de lente gravitacional. Previsto pela primeira vez por Albert Einstein, este efeito é semelhante a uma lente de vidro que curva a luz para ampliar a imagem de um objeto distante.
As três imagens da supernova, vista como pontos pequenos capturados num único instantâneo do Hubble, representam a luz do rescaldo explosivo. Os pontos variam em brilho e cor, o que significa três fases diferentes do rescaldo da explosão à medida que arrefece com o tempo.
"Esta nova descoberta é o terceiro exemplo de uma supernova com múltiplas imagens para a qual podemos realmente medir o atraso nos tempos de chegada", disse o investigador Steve Rodney da Universidade da Carolina do Sul, em Columbia, EUA. "É a mais distante das três, e o atraso previsto é extraordinariamente longo. Poderemos observar novamente e ver a chegada final, que prevemos ser em 2037, mais ou menos um par de anos."
A luz que o Hubble capturou do enxame, MACS J0138.0-2155, levou cerca de 4 mil milhões de anos para chegar à Terra. A luz da supernova Requiem precisou de cerca de 10 mil milhões de anos para completar a sua viagem até nós, com base na distância da sua galáxia hospedeira.
A previsão, pela equipa, do novo aparecimento da supernova tem por base modelos de computador do enxame, que descrevem os vários percursos que a luz da supernova está a tomar através do labirinto de matéria escura no agrupamento galáctico. A matéria escura é um material invisível que compreende a maior parte da matéria do Universo e é a estrutura sobre a qual as galáxias e enxames de galáxias são construídos.
Cada imagem ampliada segue um caminho diferente através do enxame e chega à Terra em momentos diferentes, devido, em parte, às diferenças no comprimento desses caminhos que a luz da supernova seguiu.
"Sempre que alguma luz passa perto de um objeto muito massivo, como uma galáxia ou um enxame de galáxias, a deformação do espaço-tempo que a teoria da relatividade geral de Einstein nos diz estar presente para qualquer massa, atrasa a viagem da luz em torno dessa massa," explica Rodney.
Ele compara os vários percursos da luz da supernova a vários comboios que deixam uma estação ao mesmo tempo, todos viajando à mesma velocidade e indo para o mesmo destino. Cada comboio, no entanto, segue uma rota diferente, e o tamanho de cada percurso não é o mesmo. Dado que os comboios viajam por diferentes comprimentos da linha e por diferentes terrenos, não chegam ao destino ao mesmo tempo.
Além disso, a imagem da supernova sob efeito da lente gravitacional que aparecerá por volta de 2037 fica atrás das outras imagens da mesma supernova porque a sua luz viaja diretamente pelo meio do enxame, onde reside a quantidade mais densa de matéria escura. A imensa massa do enxame curva a luz, produzindo o atraso de tempo mais longo. "Esta é a última a chegar porque é como o comboio que tem que ir ao fundo de um vale e subir novamente. É o tipo mais lento de viagem para a luz," continuou Rodney.
As imagens da supernova sobre efeito de lente gravitacional foram descobertas em 2019 por Gabe Brammer, coautor do estudo no Cosmic Dawn Center da Universidade de Copenhaga, na Dinamarca. Brammer avistou as imagens espelhadas da supernova enquanto analisava galáxias distantes ampliadas por enxames massivos de galáxias em primeiro plano como parte de um programa em andamento do Hubble chamado REQUIEM (REsolved QUIEscent Magnified Galaxies).
Ele estava a comparar novos dados do REQUIEM de 2019 com imagens de arquivo obtidas em 2016 por um outro programa científico do Hubble. Um minúsculo objeto vermelho nos dados de 2016 chamou a sua atenção, que ele inicialmente pensou ser uma galáxia longínqua. Mas este tinha desaparecido nas imagens de 2019.
"Mas então, após uma inspeção mais aprofundada dos dados de 2016, percebi que havia na verdade três objetos ampliados, dois vermelhos e um roxo," explicou. "Cada um dos três objetos foi emparelhado com uma imagem de lente de uma galáxia massiva distante. Imediatamente veio-me à ideia de que não era uma galáxia distante, mas na verdade uma fonte transitória neste sistema que havia desvanecido de vista nas imagens de 2019 como a luz de uma lâmpada que tinha sido desligada."
Brammer juntou-se a Rodney para realizar uma análise mais aprofundada do sistema. As imagens da supernova com lente estão organizadas num arco em torno do núcleo do enxame. Aparecem como pequenos pontos próximos das características difusas em tons alaranjados que se pensa serem os instantâneos ampliados da galáxia hospedeira da supernova.
Johan Richard, coautor do estudo e da Universidade de Lyon, na França, produziu um mapa da quantidade de matéria escura no enxame, inferida das lentes que produz. O mapa mostra as localizações previstas de objetos com lente. Prevê-se que esta supernova apareça novamente em 2042, mas que seja tão fraca que a equipa de investigação pensa que não ser visível.
Apanhar o regresso do evento explosivo vai ajudar os astrónomos a medir os atrasos de tempo entre as quatro imagens da supernova, o que fornecerá pistas para o tipo de "terreno" espacial deformado que a luz da estrela explodida teve que cobrir. Munidos destas medições, os investigadores podem ajustar os modelos que mapeiam a massa do enxame. O desenvolvimento de mapas precisos da matéria escura em enxames massivos de galáxias é outra maneira dos astrónomos medirem o ritmo de expansão do Universo e de investigarem a natureza da energia escura, uma forma misteriosa de energia que atua contra a gravidade e faz com que o cosmos se expanda a ritmo mais acelerado.
Este método de atraso de tempo é valioso porque é uma forma mais direta de medir o ritmo de expansão do Universo, explicou Rodney. "Estes longos atrasos no tempo são particularmente valiosos porque podemos obter uma boa e precisa medição desse atraso se formos pacientes e esperarmos anos, neste caso mais de uma década, para que a imagem final regresse," disse. "É um método completamente independente de calcular o ritmo de expansão do Universo. O valor real no futuro usará uma amostra maior para melhorar a previsão."
A deteção de imagens de supernova sob o efeito de lentes gravitacionais vai tornar-se cada vez mais comum ao longo dos próximos 20 anos com o lançamento do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA e do início das operações no Observatório Vera C. Rubin. Ambos os telescópios vão observar grandes áreas do céu, o que lhes permitirá localizar dezenas de supernovas com imagens múltiplas.
Futuros telescópios, como o Telescópio Espacial James Webb da NASA, também podem detetar a luz da supernova Requiem noutras épocas da explosão. Os resultados da equipa foram publicados na edição de 13 de setembro da revista Nature Astronomy.
