Astrónomos descobrem a primeira explosão de uma estrela Wolf-Rayet

Um estudo internacional, com a participação de investigadores do GTC (Gran Telescopio Canarias) filiados ao IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias), descobriu uma estrela explosiva inédita que se pensava existir apenas na teoria. As descobertas foram publicadas na revista Nature.

Num passado não muito distante, a descoberta de uma supernova – uma estrela em explosão – era considerada uma ocasião rara. Hoje em dia, os instrumentos de medição e os avançados métodos de análise permitem detetar diariamente cinquenta destas explosões, o que também aumentou a probabilidade de os investigadores serem capazes de detetar tipos mais raros de explosões que até agora só existiam como construções teóricas.

Recentemente, uma equipa internacional de cientistas, liderada por Avishay Gal-Yam do Departamento de Física de Partículas e Astrofísica do Instituto Weizmann, descobriu uma supernova que nunca tinha sido observada antes. A explosão de uma estrela Wolf-Rayet, um tipo de estrela massiva altamente evoluída que perde uma grande quantidade de massa devido a ventos estelares intensos.

Evolução das estrelas Wolf-Rayet

O núcleo de cada estrela é alimentado pela fusão nuclear, onde os núcleos de elementos mais leves se fundem para formar elementos mais pesados. A fusão de quatro núcleos de hidrogénio resulta na formação de um átomo de hélio, enquanto vários núcleos de hélio combinados resultam na formação de carbono, oxigénio e assim por diante. O último elemento que se irá formar naturalmente através da fusão nuclear é o ferro, que é o núcleo atómico mais estável. Em circunstâncias normais, a energia produzida no núcleo da estrela mantém temperaturas extremamente elevadas que provocam a expansão da sua matéria gasosa, preservando assim o fino equilíbrio com a força da gravidade, atraindo a massa da estrela para o seu centro. Quando a estrela fica sem elementos para fundir e deixa de produzir energia, este equilíbrio é perturbado, levando ou a um buraco negro que se abre no coração da estrela, provocando o colapso sob si própria, ou à explosão da estrela, que liberta os elementos pesados, fundidos durante a sua evolução, para o Universo.

A vida das estrelas massivas é considerada relativamente curta, alguns milhões de anos no máximo. O Sol, em comparação, tem uma esperança de vida de cerca de 10 mil milhões de anos. Os processos subsequentes de fusão nuclear no núcleo das estrelas massivas levam à sua estratificação, em que os elementos pesados se concentram no núcleo e gradualmente elementos mais leves compõem as camadas externas.

As estrelas Wolf-Rayet são estrelas particularmente massivas que não têm uma ou mais das camadas externas que são compostas por elementos mais leves. Desta forma, em vez do hidrogénio – o elemento mais leve – a superfície da estrela é caracterizada pela presença de hélio, ou mesmo de carbono e elementos mais pesados. Uma explicação possível para este fenómeno é que ventos fortes que sopram devido à alta pressão no invólucro da estrela, dispersam a sua camada mais externa, fazendo com que a estrela perca uma camada após a outra ao longo de várias centenas de milhares de anos.

A primeira explosão estelar do seu tipo

Apesar da sua vida relativamente curta e do seu estado de desintegração progressiva, a análise do número sempre crescente de descobertas de supernovas levou à hipótese de que as estrelas Wolf-Rayet simplesmente não explodem – elas simplesmente colapsam silenciosamente em buracos negros – caso contrário, já teríamos sido capazes de observar uma. Esta hipótese, contudo, acabou de ser abalada devido à recente descoberta.

A análise espectroscópica da luz emitida pela explosão levou à descoberta de assinaturas espectrais que estão associadas a elementos específicos. Desta forma, os investigadores conseguiram demonstrar que a explosão continha átomos de carbono, oxigénio e néon, este último um elemento que ainda não tinha sido observado desta maneira em nenhuma supernova até à data. Além disso, os investigadores identificaram que a matéria que “jorrava” radiação cósmica não participou na explosão, mas que tinha origem no espaço que rodeava a estrela volátil. Isto, por sua vez, reforçou a sua hipótese a favor de ventos fortes que tomaram parte na remoção do invólucro externo da estrela.

Uma vez que esta observação é a primeira do seu género, Gal-Yam afirma que pode ser demasiado cedo para determinar inequivocamente o destino de todas essas estrelas. “Não podemos dizer, nesta fase, se todas as estrelas Wolf-Rayet terminam a sua vida com um estrondo ou não. Pode ser que algumas delas colapsem silenciosamente num buraco negro,” diz.

Os investigadores estimam que a massa que se dispersou durante a explosão é provavelmente igual à massa do Sol ou à de uma estrela ligeiramente mais pequena; a estrela que explodiu era significativamente mais massiva – tendo pelo menos 10 vezes a massa do Sol, pelo que os cientistas se perguntam onde vai parar a maior parte da sua massa.

Gal-Yam sugere um cenário intermédio, em que ambos os possíveis destinos são cumpridos ao mesmo tempo: uma vez esgotada a fusão nuclear no núcleo da estrela, ocorre uma explosão que expele parte da massa para o espaço, enquanto a massa restante colapsa sob si própria, formando um buraco negro. “Uma coisa é certa,” diz Gal-Yam, “este não é o colapso ‘silencioso’ frequentemente referido no passado.”

O estudo utilizou observações feitas com diferentes telescópios, incluindo o GTC localizado no Observatório Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). Para Antonio Cabrera Lavers, chefe de operações científicas do GTC e investigador afiliado ao IAC que participou no estudo, “vale a pena mencionar que desde esta descoberta já foi observada outra explosão semelhante, o que implica que este fenómeno não é, de facto, uma ocorrência única.”

David García Álvarez, coautor do artigo científico e astrónomo do GTC afiliado ao IAC, pensa que “é possível que quanto melhores forem os nossos instrumentos de deteção e medição, mais este tipo de explosão – hoje considerada rara e exótica – se tornará uma observação comum.”

O operador do GTC, Antonio Marante Barreto, que também participou nas observações, acrescenta que “as supernovas podem parecer eventos colossais que acontecem longe, demasiado longe para terem impacto direto nas nossas vidas. Mas, verdade seja dita, estão no centro da própria vida. O planeta Terra e todas as suas várias e diversas formas de vida (incluindo nós) são o resultado de tal ocorrência.”

// IAC (comunicado de imprensa)
// Instituto Weizmann (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais:

SN 2019hgp:
TNS

Estrelas Wolf-Rayet:
Wikipedia

GTC (Gran Telescopio Canarias):
Página principal
Wikipedia