Uma equipe internacional analisou os dados do telescópio espacial Fermi da NASA e detectou raios gama provenientes de uma supernova rara e excepcionalmente luminosa. Segundo os cientistas, a luminosidade desta explosão teria sido amplificada pelo nascimento de uma estrela de nêutrons supermagnetizada, chamada magnetar, resultante do colapso da estrela que originou a supernova.
Os resultados desta pesquisa foram publicados em 20 de maio na revista
Astronomy & Astrophysics.
Os magnetares estão entre os objetos mais magnéticos do Universo.
Crédito: ESA Explosões estelares fora do comum
As supernovas por colapso do núcleo ocorrem quando uma estrela, muito mais massiva que o nosso Sol, esgotando seu combustível, colapsa sobre si mesma antes de explodir. Esse colapso pode dar origem a uma estrela de nêutrons do tamanho de uma cidade, ou até mesmo a um buraco negro ainda menor. A onda de choque então projeta o resto da estrela no espaço, formando uma nuvem de gás ionizado, quente e denso, que se expande rapidamente.
Nas últimas duas décadas, cerca de 400 supernovas excepcionais deste tipo, chamadas supernovas superluminosas, foram identificadas. Cada uma delas produziu pelo menos dez vezes mais luz visível do que uma supernova clássica.
Em 2024, um estudo liderado por Li Shang, da Universidade de Anhui em Hefei (China), revelou que o telescópio Fermi teria detectado raios gama emitidos por uma supernova superluminosa ocorrida anos antes. Apelidada de SN 2017egm, esta explosão superpoderosa ocorreu na galáxia NGC 3191, localizada a cerca de 440 milhões de anos-luz da Terra, na constelação da Ursa Maior. Apesar desta distância, continua sendo uma das mais próximas de seu tipo já observada.
Os cientistas procuraram raios gama emitidos pelas seis supernovas superluminosas mais próximas detectadas durante os 16 primeiros anos da missão Fermi. Apenas SN 2017egm apresenta vestígios de raios gama, confirmando assim que algumas supernovas podem ser tão luminosas em raios gama quanto em luz visível. Isso abre um novo caminho para estudar estes fenômenos.
A supernova superluminosa SN 2017egm foi descoberta pela missão Gaia da Agência Espacial Europeia em 23 de maio de 2017. Ela explodiu numa imensa galáxia espiral barrada conhecida como NGC 3191, visível à esquerda antes da explosão.
A imagem da direita, tirada em 1º de julho de 2017, mostra a supernova eclipsando toda a sua galáxia.
© à esquerda, SDSS and PS1; à direita, NOT+ALFSOC/Bose et al. 2020 O papel dos magnetares
Os cientistas debatem há muito tempo as fontes de energia capazes de dar a estas explosões um poder tão excepcional. Entre as hipóteses, a formação de um magnetar — uma estrela de nêutrons dotada dos campos magnéticos mais intensos conhecidos, até 1.000 vezes mais poderosos que os das estrelas de nêutrons clássicas — está no topo da lista. Para dar uma ideia, isso representa 10.000 bilhões de vezes a intensidade de um ímã de geladeira!
A equipe analisou em profundidade as características ópticas e gama da supernova para comparar diferentes modelos teóricos. Um modelo desenvolvido pelos co-autores Indrek Vurm (Universidade de Tartu, Estônia) e Brian Metzger (Universidade Columbia, Nova York) simulou como a luz e as partículas produzidas por um magnetar recém-formado interagem com os detritos em expansão da supernova.
Um mecanismo complexo
Um magnetar recém-formado gira sobre si mesmo mais de 100 vezes por segundo. Essa rotação rápida gera um fluxo intenso de elétrons e pósitrons (seus equivalentes em antimatéria), formando uma vasta nuvem de partículas energéticas. Nesta nuvem, chamada nebulosa de vento de pulsar (ou magnetar neste caso preciso), diversas interações alimentam a produção e absorção de raios gama, a forma de luz mais energética que existe. Assim, os raios gama interagem com os detritos da supernova. Incapazes de escapar diretamente, são convertidos em luz visível de menor energia, o que reforça a luminosidade da supernova.
Cerca de três meses após o colapso, enquanto os detritos da supernova se expandem e esfriam, os raios gama começam a escapar. O modelo do magnetar reproduz melhor a luminosidade da supernova e o momento em que seus raios gama chegaram durante os primeiros meses, mas melhorias são necessárias para explicar as fases posteriores, quando a luz visível desaparece de forma irregular.
Processos adicionais
Os cientistas sugerem que outros mecanismos provavelmente desempenharam um papel no declínio prolongado de SN 2017egm, como a queda de detritos sobre o magnetar ou as interações entre a onda de choque e a matéria ejetada pela estrela séculos antes de sua morte.
A equipe também avaliou a capacidade de um novo observatório terrestre de raios gama, o
Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), de detectar eventos semelhantes a SN 2017egm. Com cerca de 50 horas de observação, tal fenômeno poderia ser avistado até 500 milhões de anos-luz e abriria novas perspectivas para estudar o papel dos magnetares nos eventos energéticos no Universo.
A rede de telescópios CTAO está em construção com dois locais: o primeiro na ilha de La Palma nas Canárias e no Chile no deserto de Atacama. O CNRS é um dos principais atores deste consórcio.
Fonte: CNRS INSU