Medindo o cloro e o potássio no remanescente de uma supernova

“Porque é que estamos aqui?” é a questão mais fundamental e persistente da humanidade. Traçar as origens dos elementos é uma tentativa direta de responder a esta questão ao seu nível mais profundo. Sabemos que muitos elementos são criados no interior de estrelas e supernovas, que depois os lançam no Universo, mas a origem de alguns elementos-chave tem permanecido um mistério.

O cloro e o potássio, ambos elementos que possuem um número ímpar de protões, são essenciais à vida e à formação dos planetas. De acordo com os modelos teóricos atuais, as estrelas produzem apenas cerca de um-décimo da quantidade destes elementos observada no Universo, uma discrepância que há muito intriga os astrofísicos.

Este facto inspirou um grupo de investigadores da Universidade de Quioto e da Universidade de Meiji a examinar remanescentes de supernova em busca de vestígios destes elementos. Utilizando o XRISM – abreviatura de X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission, um satélite de raios X lançado pela JAXA em 2023 – a equipa conseguiu realizar observações espetroscópicas de raios X de alta resolução do remanescente de supernova Cassiopeia A na Via Láctea.

Os cientistas utilizaram o microcalorímetro Resolve a bordo do XRISM, que proporciona uma resolução, a altas energias, uma ordem de grandeza superior à dos detetores de raios X anteriores, o que lhes permitiu detetar ténues linhas de emissão de elementos raros. Analisaram então o espetro de raios-X de Cassiopeia A e compararam as abundâncias de cloro e potássio com vários modelos de nucleossíntese de supernova.

A equipa descobriu linhas claras de emissão de raios X de ambos os elementos em abundâncias muito superiores às previstas pelos modelos padrão de supernovas. Isto forneceu a primeira evidência observacional de que uma supernova pode criar cloro e potássio suficientes. A equipa sugere que a forte mistura no interior de estrelas massivas causada por rotação rápida, interação binária ou eventos de fusão de conchas, pode aumentar significativamente a produção destes elementos.

“Quando vimos os dados do Resolve pela primeira vez, detetámos elementos que nunca esperávamos ver antes do lançamento. Fazer uma descoberta destas com um satélite que desenvolvemos é uma verdadeira alegria como investigador”, diz o autor correspondente Toshiki Sato.

Estes resultados revelam que os elementos vitais para a vida foram produzidos em ambientes rigorosos e intensos no interior das estrelas, muito longe de qualquer coisa que se assemelhe às condições necessárias para o aparecimento da vida. O estudo também demonstra o poder da espetroscopia de raios X de alta precisão para investigar as origens dos elementos e os processos físicos no interior das estrelas.

“Estou muito satisfeito por termos conseguido, ainda que ligeiramente, começar a compreender o que se passa no interior das estrelas em explosão”, diz o autor correspondente Hiroyuki Uchida.

A seguir, a equipa planeia observar outros remanescentes de supernova com o XRISM para determinar se a produção acrescida de cloro e potássio é comum entre as estrelas massivas ou exclusiva de Cassiopeia A. Isto ajudará a revelar se tais processos internos de mistura são uma característica universal da evolução estelar.

“Como é que a Terra e a vida surgiram é uma questão eterna sobre a qual toda a gente já se interrogou pelo menos uma vez. O nosso estudo revela apenas uma pequena parte dessa vasta história, mas sinto-me verdadeiramente honrado por para ela ter contribuído”, diz o autor correspondente Kai Matsunaga.

// Universidade de Quioto (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)

Saiba mais:

Cloro:
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Potássio:
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Cassiopeia A:
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Supernova:
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Nucleossíntese de supernova:
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Remanescente de supernova:
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XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission):
JAXA
NASA
ESA
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