Telescópio Fermi da NASA revela fonte de energia por trás de supernovas monstruosas
O Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA pode finalmente descobrir algumas das explosões estelares mais poderosas já vistas. Após anos de estudo de dados, uma equipa de investigação internacional encontrou fortes evidências de que uma rara supernova superluminosa foi alimentada por uma estrela de neutrões altamente magnética formada durante o colapso da estrela.
A missão Fermi faz parte da rede de observatórios da NASA projetada para rastrear fenômenos em mudança em todo o universo e ajudar os cientistas a entender melhor como funcionam os fenômenos cósmicos.
“Durante quase 20 anos, os astrónomos pesquisaram os dados do Fermi em busca de sinais de raios gama de milhares de supernovas e encontraram algumas pistas tentadoras, nenhuma das quais foi confirmada até agora”, disse o líder do estudo, Fabio Acero, do Centro Nacional Francês de Investigação Científica (CNRS) e da Universidade Paris-Saclay.
Os resultados foram publicados na revista Astronomia e Astrofísica.
Supernovas raras emitem poderosos raios gama
As supernovas com colapso do núcleo ocorrem quando uma estrela massiva esgota o combustível necessário para sustentar o seu núcleo. Sem essa fonte de energia, o núcleo entra em colapso sob a gravidade e causa uma violenta explosão. Dependendo das condições, o colapso pode deixar para trás uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. O resto da estrela explode no espaço como uma nuvem em expansão de gás superaquecido.
Nas últimas duas décadas, os astrónomos identificaram cerca de 400 exemplos invulgarmente poderosos do que é conhecido como supernovas superluminosas. Estas explosões raras podem ser pelo menos 10 vezes mais brilhantes na luz visível do que as supernovas típicas.
Em 2024, investigadores liderados por Li Shang da Universidade de Anhui em Hefei, China, sugeriram que o Telescópio de Grande Área do Fermi poderia detectar raios gama de um destes eventos anos após a explosão.
O objeto, SN 2017egm, explodiu na galáxia NGC 3191, a cerca de 440 milhões de anos-luz de distância, na constelação da Ursa Maior. Mesmo a essa grande distância, continua a ser uma das supernovas superluminosas mais próximas vistas da Terra.
“Detectamos raios gama das seis supernovas superluminosas mais próximas vistas durante os primeiros 16 anos da missão do Fermi”, disse Guillaume Marti-Devesa, ex-pesquisador da Universidade de Trieste, na Itália, e agora pesquisador do Instituto de Ciências Espaciais de Barcelona, Espanha. “Apenas o SN 2017egm mostra evidências de raios gama, confirmando indicações anteriores de que algumas supernovas podem ser tão brilhantes em raios gama como na luz visível. Isto abre uma nova janela para estudar este fenómeno fascinante.”
Magnetares podem ser motores ocultos
Os cientistas debatem há muito tempo o que dá às supernovas superluminosas o seu extraordinário brilho. Uma explicação importante envolve magnetares, que são estrelas de nêutrons com os campos magnéticos mais fortes conhecidos no universo. Os seus campos magnéticos podem ser 1.000 vezes mais fortes do que as estrelas de neutrões típicas, atingindo intensidades cerca de 10 biliões de vezes mais fortes do que um íman de frigorífico.
Para investigar mais a fundo, a equipe examinou de perto os sinais de luz visível e de raios gama do SN 2017egm e comparou as observações com vários modelos teóricos.
Um modelo desenvolvido pelos co-autores Indrek Verm, da Universidade de Tartu, na Estónia, e Brian Metzger, da Universidade de Columbia, na cidade de Nova Iorque, seguiu como a radiação e as partículas de um íman nascente passariam através dos detritos de supernova em expansão.
Os pesquisadores acreditam que um ímã recém-formado pode girar centenas de vezes por segundo. Este movimento incrível cria um poderoso fluxo de elétrons e pósitrons, a versão antimatéria dos elétrons. Juntas, essas partículas formam uma enorme nuvem de material de alta energia chamada Nebulosa do Vento Magnetar.
Dentro desta nebulosa, a interação de partículas pode produzir raios gama de diversas maneiras. Elétrons e pósitrons podem colidir e se converter em fótons de raios gama, enquanto os próprios raios gama podem colidir para criar novas partículas. À medida que esta interação continua, a maior parte da energia dos raios gama fica presa dentro dos detritos da supernova e é convertida em luz visível de baixa energia, o que torna a explosão excepcionalmente brilhante.
Os raios gama escaparam depois de alguns meses
“Cerca de três meses após o colapso, os raios gama podem começar a escapar à medida que os detritos da supernova se expandem e esfriam”, disse Acero. “Este modelo magnético reproduz melhor a luminosidade da supernova e os tempos de chegada dos seus raios gama nos primeiros meses, mas vemos espaço para melhorias nos meses posteriores, quando a luz visível diminui de forma bastante irregular.”
Os investigadores sugerem que processos adicionais podem ter afectado a supernova durante o seu longo declínio no brilho. Isto pode incluir material caindo em direção ao magnetar e colisões entre ondas de choque e material ejetado pela estrela séculos antes da explosão.
A equipe também explorou se observações futuras poderiam detectar fenômenos semelhantes. Eles descobriram que o próximo observatório Cerenkov Telescope Array deverá ser capaz de ver supernovas como SN 2017egm a uma distância de cerca de 500 milhões de anos-luz, com um tempo de observação de cerca de 50 horas.
Os cientistas dizem que a futura colaboração entre observatórios terrestres e o telescópio espacial da NASA ajudará a revelar mais sobre estas violentas explosões estelares e os objetos extremos escondidos dentro delas.
“O mecanismo do motor central magnetar discutido neste artigo baseia-se em um grande progresso observacional e teórico em ímãs ao longo dos últimos 20 anos”, disse Judy Rakusin, cientista adjunta do projeto da missão Fermi no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “A observação dos raios gama das supernovas dar-nos-á uma nova forma de explorar o seu funcionamento interno.”
