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Direita: uma equipa internacional de astrónomos utilizou dois dos instrumentos do Webb para estudar as emissões do núcleo de SN 1987A. A imagem de cima mostra os dados do modo MRS (Medium Resolution Spectrograph) do instrumento MIRI (Mid-InfraRed Instrument) do Webb. A imagem de baixo mostra dados do NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) do Webb em comprimentos de onda mais curtos. A análise espetral dos resultados do MIRI mostrou um forte sinal devido ao árgon ionizado do centro do material ejetado que rodeia o local original de SN 1987A. Os dados do NIRSpec encontraram espécies químicas ainda mais fortemente ionizadas, particularmente árgon cinco vezes ionizado (ou seja, átomos de árgon que perderam cinco dos seus 18 eletrões). Foram também detetadas linhas fracas de enxofre ionizado com o MIRI. Isto indicou à equipa científica que existe uma fonte de radiação altamente energética no centro do remanescente de SN 1987A, iluminando uma região quase pontual no centro. Pensa-se que a fonte mais provável seja uma estrela de neutrões recém-nascida.
Crédito: NASA, ESA, CSA e C. Fransson (Universidade de Estocolmo), M. Matsuura (Universidade de Cardiff), M. J. Barlow (University College London), P. J. Kavanagh (Universidade de Maynooth), J. Larsson (Instituto Real de Tecnologia, KTH)
O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA encontrou as melhores evidências, até agora, de emissão de uma estrela de neutrões no local de uma supernova recentemente observada. A supernova, conhecida como SN 1987A, ocorreu a 160.000 anos-luz da Terra, na Grande Nuvem de Magalhães. SN 1987A foi observada nos céus da Terra em 1987, tendo sido a primeira supernova visível a olho nu desde 1604 – antes do advento dos telescópios.
Forneceu aos astrónomos uma rara oportunidade de estudar, desde o início, a evolução de uma supernova e do material que foi deixado para trás. SN 1987A foi uma supernova do tipo II, ou de colapso do núcleo, o que significa que se espera que os remanescentes compactados do seu núcleo tenham formado ou uma estrela de neutrões ou um buraco negro. Há muito que se procuravam evidências da existência de um objeto tão compacto. Já tinham sido encontrados indícios da presença de uma estrela de neutrões, mas esta é a primeira vez que se detetam os efeitos da emissão altamente energética de uma jovem estrela de neutrões.
A astronomia envolve tipicamente o estudo de processos que ocorrem durante pelo menos dezenas de milhares de anos, muito mais do que toda a história registada da humanidade. As supernovas – as explosões finais de algumas estrelas massivas – rebentam em poucas horas e o brilho da explosão atinge o seu pico máximo em poucos meses. Os remanescentes da estrela que explodiu continuarão a evoluir a um ritmo acelerado durante as décadas seguintes. Assim, as supernovas oferecem uma oportunidade muito rara de estudar um processo astronómico chave em tempo real.
A supernova SN 1987A foi observada pela primeira vez na Terra em fevereiro de 1987 e o seu brilho atingiu o pico em maio desse ano (embora a sua distância da Terra signifique que o evento de supernova tenha ocorrido, na realidade, cerca de 160.000 anos antes). Foi a primeira supernova vista a olho nu desde a Supernova de Kepler (ou SN 1604) em 1604.
Cerca de duas horas antes da observação de SN 1987A no visível, três observatórios espalhados pelo mundo registaram um surto de neutrinos que durou alguns segundos. O surto de neutrinos, pouco antes da luz visível de SN 1987A, foi associada ao mesmo evento de supernova. Este facto forneceu pistas importantes para refinar a nossa compreensão das supernovas de colapso do núcleo. Os cientistas suspeitavam que este tipo de supernova formaria uma estrela de neutrões ou um buraco negro.
Desde então, os astrónomos têm procurado evidências da presença de um destes objetos compactos no centro do material remanescente em expansão. Nos últimos anos, foram encontrados indícios da presença de uma estrela de neutrões no centro do remanescente. Observações de remanescentes de supernova muito mais antigos – como a Nebulosa do Caranguejo – confirmam a presença de estrelas de neutrões em muitos deles. No entanto, até agora, não tinha sido observada qualquer evidência direta de uma estrela de neutrões no rescaldo de SN 1987A (ou de qualquer outra explosão de supernova recente).
Claes Fransson, da Universidade de Estocolmo, o principal autor deste estudo, explica: “A partir de modelos teóricos de SN 1987A, o surto de neutrinos de dez segundos, observado imediatamente antes da supernova, implicava a formação de uma estrela de neutrões ou de um buraco negro aquando da explosão. Mas não observámos qualquer assinatura convincente de um tal objeto recém-nascido em qualquer explosão de supernova. Com o Webb, encontrámos agora evidências diretas de emissão desencadeada por um objeto compacto recém-nascido, muito provavelmente uma estrela de neutrões.”
O Webb iniciou os seus trabalhos em julho de 2022 e as observações subjacentes a este estudo foram feitas no dia 16 de julho, tornando o remanescente de SN 1987A um dos primeiros objetos observados pelo Webb. A equipa utilizou o modo MRS (Medium Resolution Spectrograph) do instrumento MIRI do Webb, que os membros da mesma equipa ajudaram a desenvolver. O MRS é um tipo de instrumento conhecido como IFU (Integral Field Unit). São capazes de obter imagens e espetros desse objeto ao mesmo tempo. O instrumento capta um espetro em cada pixel, permitindo aos observadores ver as diferenças espetroscópicas ao longo do objeto. A análise espetral dos resultados mostrou um forte sinal devido ao árgon ionizado do centro do material ejetado que rodeia o local original de SN 1987ª.
Observações subsequentes, utilizando o modo IFU do NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) do Webb em comprimentos de onda mais curtos, mostraram espécies químicas mais fortemente ionizadas, incluindo árgon cinco vezes ionizado (ou seja, átomos de árgon que perderam cinco dos seus 18 eletrões). Estes iões requerem fotões altamente energéticos para se formarem, e esses fotões têm de vir de algum lado. “Para criar estes iões que observámos no material ejetado, era evidente que tinha de haver uma fonte de radiação altamente energética no centro do remanescente de SN 1987A”, disse Fransson. “No artigo científico discutimos diferentes possibilidades, descobrindo que apenas alguns cenários são prováveis, e todos eles envolvem uma estrela de neutrões recém-nascida.”
Estão planeadas mais observações de SN 1987A este ano, com o Webb e com telescópios terrestres. A equipa de investigação espera que o estudo em curso esclareça, com mais pormenor, o que está exatamente a acontecer no coração deste remanescente de supernova. Espera-se que estas observações estimulem o desenvolvimento de modelos mais detalhados, permitindo aos astrónomos compreender melhor não só SN 1987A, mas todas as supernovas de colapso do núcleo.
// ESA (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Universidade de Estocolmo (comunicado de imprensa)
// University College London (comunicado de imprensa)
// Universidade de Maynooth (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Science)
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