Chandra da NASA encontra fogos de artifício inesperados após explosões estelares

O resultado de uma supernova, uma explosão estelar, geralmente é uma nuvem de gás quente que desaparece lentamente. Assim, quando os astrónomos apontaram o Observatório de Raios-X Chandra da NASA para a galáxia vizinha Messier 83 (M83), não esperavam encontrar uma população de restos de supernovas, ou os detritos destas explosões, mostrando mudanças dramáticas no seu brilho. Os novos resultados foram apresentados na reunião da American Astronomical Society em Pasadena, Califórnia, e publicados no The Astrophysical Journal.

A galáxia M83, localizada a cerca de 15 milhões de anos-luz da Terra, está formando estrelas em alta velocidade. Os pesquisadores analisaram 14 anos de dados da galáxia pelo Chandra, abrangendo 2000 a 2014.

Usando este extenso conjunto de dados, os investigadores detectaram variações surpreendentes no brilho dos raios X de fontes anteriormente identificadas como remanescentes de supernovas. Os investigadores esperavam que os remanescentes de supernovas com mais de um século desaparecessem gradualmente nos raios X, mas não mudassem drasticamente em brilho.

A equipe descobriu que cerca de metade das 22 fontes de raios X associadas a remanescentes de supernovas na sua amostra mostraram mudanças no brilho dos raios X ao longo do período de observações de 14 anos – um resultado que foi completamente inesperado.

“Sabíamos que as fontes individuais de raios X poderiam variar dramaticamente”, disse Andrea Prestwich, da Universidade Católica da América, que liderou o estudo. “Mas descobrir que tantos remanescentes de supernova se comportavam desta forma foi uma verdadeira surpresa. Algo incomum está acontecendo nestes objetos. Identificar a causa continua a ser um desafio, já que a distância de M83 limita o detalhe que podemos observar.”

Um dos 22 remanescentes variáveis de supernova tem uma explicação simples: SN 1957D, os detritos de uma supernova observada pela primeira vez há quase 70 anos, está colidindo com o material que rodeia o local da explosão, produzindo as explosões de raios X observadas. Mas isto não pode explicar o resto da amostra. Não há evidências que sugiram que todos os 22 remanescentes foram formados no século passado. Alguma outra coisa deve estar impulsionando a variabilidade.

A explicação mais provável é que a equipa descobriu uma população de estrelas estelares sobreviventes que sobreviveram à destruição do seu parceiro numa explosão de supernova. Neste cenário, cada fonte variável de raios X começou como um par de estrelas massivas orbitando uma à outra. A estrela mais massiva entrou em colapso e explodiu como uma supernova, deixando para trás um buraco negro ou estrela de nêutrons ultradensa. Seu companheiro sobreviveu.

“Pode ser que esta galáxia contenha uma coleção de restos de supernovas onde uma estrela massiva sobrevive à supernova e fica presa numa órbita com um buraco negro ou estrela de neutrões,” disse o co-autor Michael McCollough do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA). “A estrela de nêutrons ou buraco negro pode então começar a extrair material da superfície da estrela massiva.”

Esse material que cai é superaquecido pela intensa atração gravitacional, produzindo os raios X que o Chandra detecta. Esses tipos de sistemas, conhecidos como binários de raios X de alta massa (HMXBs), estão entre as fontes de raios X mais variáveis do universo. Os investigadores dizem que podem ser a causa das variações observadas nos remanescentes da supernova M83.

Os astrónomos conhecem os HMXB há décadas, mas a diferença deste grupo em M83 é a sua ligação aos remanescentes de supernovas. Anteriormente, apenas alguns remanescentes de supernovas associados a HMXBs tinham sido identificados em observações de todas as galáxias. É sem precedentes encontrar mais de 20 candidatos fortes em apenas uma galáxia.

Os autores descobriram que os remanescentes variáveis de supernovas estão em regiões com maiores concentrações de estrelas massivas do que em outras partes da galáxia, aumentando as chances de uma ligação entre os remanescentes e os HMXBs.

Há outra explicação possível: em vez de extrair material de uma estrela companheira, o buraco negro ou estrela de nêutrons pode estar recapturando parte do material expelido pela explosão original.

“Este poderia ser um exemplo de reciclagem cósmica, onde os detritos da explosão caem de volta no próprio objeto que a supernova criou”, disse o co-autor Roy Kilgard da Universidade Wesleyan. “E é bem possível que ambas as explicações estejam em jogo – fontes diferentes na nossa amostra podem ter origens diferentes.”

Esses resultados não são exclusivos do M83. Um estudo de acompanhamento da galáxia vizinha de formação estelar M51, realizado por Zoe Hoiland do Vassar College e Kilgard, descobriu uma população semelhante de fontes variáveis de raios X associadas a remanescentes de supernovas, sugerindo que tais sistemas podem ser uma característica de galáxias em vigorosa formação estelar.

Os dados do Chandra para M83 começaram com observações únicas em 2000 e 2001, seguidas por 10 observações de 2010 a 2011 e outra observação em 2014.

O Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, gerencia o programa Chandra. O Centro de Raios-X Chandra do Observatório Astrofísico Smithsonian controla as operações científicas de Cambridge, Massachusetts, e as operações de voo de Burlington, Massachusetts.

Esta versão apresenta uma imagem composta da galáxia próxima Messier 83 e vídeos curtos em timelapse de dois curiosos remanescentes de supernova escondidos em seu interior.

Na imagem composta, Messier 83, ou M83, mostra ter uma estrutura espiral, vista de frente. No centro há uma poça de luz branca e amarela brilhante. Daquela luz, braços espirais de nuvem rosa choque se projetam em arcos amplos e extensos. A galáxia é coberta por uma leve névoa cinza e salpicada de pontos vermelhos, verdes, azuis, brancos e amarelos.

Em uma versão anotada da imagem composta, dois pequenos pontos no canto inferior direito do centro são destacados por círculos brancos. Estes são dois dos remanescentes de supernova que estão sendo considerados pelos pesquisadores. Cada um é examinado mais detalhadamente em um vídeo de lapso de tempo separado.

Durante um período de 14 anos, de 2000 a 2014, os astrônomos apontaram o observatório de raios X da NASA para a galáxia M83. Eles descobriram que cerca de metade das fontes de raios X que se acredita serem remanescentes de supernovas, resultantes de explosões estelares, exibiam mudanças dramáticas no brilho. Este resultado foi totalmente inesperado.

Essas mudanças no brilho são destacadas nos vídeos timelapse. Em cada vídeo, uma série de imagens estáticas passa, focadas em uma das duas fontes de raios X que antes se acreditava serem remanescentes de supernovas. Nos vídeos, as fontes de raios X aparecem como manchas azuis brilhantes com núcleos brilhantes. Mas em cada imagem, tirada com meses ou anos de intervalo, as formas mudam, assim como a intensidade da cor azul e o brilho do núcleo. Ao apresentar imagens substancialmente diferentes dos mesmos objetos, uma após a outra, em rápida sucessão, são criados vídeos curtos em timelapse.

A explicação mais provável para as mudanças no brilho é que a equipa descobriu uma população de sobreviventes estelares, estrelas que sobreviveram à destruição de um parceiro em órbita numa explosão de supernova. O material está sendo puxado da estrela sobrevivente para o buraco negro ou estrela de nêutrons que se formou na supernova, um processo conhecido por causar rápidas mudanças no brilho dos raios X.

Para saber mais sobre a missão Chandra da NASA, visite:

https://science.nasa.gov/chandra

https://chandra.si.edu

Megan Watzke
Centro de Raios X Chandra
Cambridge, Massachusetts.
617-496-7998
mwatzke@cfa.harvard.edu

Joel Wallace
Centro de Voo Espacial Marshall, Huntsville, Alabama
256-544-0034
joel.w.wallace@nasa.gov

Fonte