Fermi da NASA vislumbra fonte de energia de supernovas supercarregadas

Uma equipe internacional que estuda dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA conclui que a missão detectou uma supernova rara e incomumente luminosa. Os investigadores dizem que provavelmente recebeu a sua energia de uma estrela de neutrões supermagnetizada nascida no colapso estelar que desencadeou a explosão.

A missão Fermi faz parte da frota de observatórios da NASA que monitoram as mudanças do cosmos para ajudar a humanidade a entender melhor como o universo funciona.

“Por quase 20 anos, os astrônomos têm pesquisou dados Fermi para sinais de raios gama de milhares de supernovas e, embora algumas dicas intrigantes tenham sido relatadas, nenhuma era definitiva até agora”, disse o líder do estudo, Fabio Acero, do Instituto Francês. Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) e o Universidade de Paris-Saclay.

UM papel descrevendo as descobertas publicadas quarta-feira na revista Astronomy & Astrophysics.

As supernovas de colapso do núcleo ocorrem quando o centro produtor de energia de uma estrela, muitas vezes maior que a massa do nosso Sol, fica sem combustível, entra em colapso sob o seu próprio peso e explode. Durante o colapso, uma estrela de nêutrons do tamanho de uma cidade ou um buraco negro ainda menor pode se formar. Uma onda de choque destrói o resto da estrela, que se expande rapidamente como uma nuvem quente e densa de gás ionizado.

Nas últimas décadas, foram identificadas quase 400 supernovas excepcionais com colapso do núcleo. Cada um desses eventos, chamados de supernovas superluminosas, produziu 10 ou mais vezes a quantidade de luz visível normalmente vista.

Em 2024, um estudo liderado por Li Shang, da Universidade de Anhui, em Hefei, China, observou que o Telescópio de Grande Área do Fermi pode ter observado raios gama – a forma de luz mais energética – de uma supernova superluminosa que ocorreu anos antes.

Apelidada de SN 2017egm, esta explosão sobrecarregada ocorreu na galáxia NGC 3191, localizada a cerca de 440 milhões de anos-luz de distância, na constelação da Ursa Maior. Mesmo a esta distância, a explosão continua a ser uma das mais próximas deste tipo de nós na Terra.

“Procuramos raios gama das seis supernovas superluminosas mais próximas observadas durante os primeiros 16 anos da missão do Fermi”, disse Guillem Martí-Devesa, pesquisador anteriormente no Universidade de Trieste na Itália e agora bolsista do Instituto de Ciências Espaciais em Barcelona, ​​Espanha. “Apenas o SN 2017egm mostra evidências de raios gama, confirmando sugestões anteriores de que algumas supernovas podem ser tão luminosas em raios gama como na luz visível. Isto abre uma nova janela para estudar estes eventos fascinantes.”

Os teóricos têm debatido as possíveis fontes de energia que dão a estas explosões um impacto extra. No topo da lista está a formação de um magnetar, um tipo de estrela de nêutrons com os campos magnéticos mais fortes conhecidos – até 1.000 vezes a intensidade das estrelas de nêutrons típicas. Isso é 10 trilhões de vezes mais forte que um imã de geladeira.

A equipe realizou uma análise mais profunda das características ópticas e de raios gama observadas na supernova para comparar o quão bem os diferentes modelos teóricos as reproduziam. Um modelo desenvolvido pelos co-autores Indrek Vurm no Universidade de Tartu na Estônia e Brian Metzger em Universidade de Columbia na cidade de Nova York traçaram como a luz e as partículas produzidas por um magnetar recém-nascido se moveriam para fora e interagiriam com os detritos em expansão da supernova.

Os cientistas esperam que um magnetar recém-formado gire algumas centenas de vezes por segundo. Esta rotação rápida produz um forte fluxo de elétrons e pósitrons, suas contrapartes de antimatéria, que forma uma vasta nuvem de partículas energéticas.

Dentro desta nuvem – chamada de nebulosa de vento magnetar – várias interações alimentar a produção e absorção de raios gama. Por exemplo, um elétron e um pósitron podem se aniquilar em um par de fótons de raios gama, ou dois raios gama podem colidir e produzir as partículas. Dessas e de outras maneiras, os raios gama interagem com os detritos da supernova. Incapazes de escapar diretamente, eles são reprocessados, reduzidos para luz visível de baixa energia que fornece à supernova um impulso extra de luminosidade.

“Cerca de três meses após o colapso, à medida que os detritos da supernova se expandem e esfriam, os raios gama podem começar a vazar”, disse Acero. “Este modelo magnetar reproduz melhor a luminosidade da supernova e o tempo de chegada dos seus raios gama durante os primeiros meses, mas vemos espaço para melhorias em momentos posteriores, quando a luz visível diminui de forma bastante irregular.”

Acero e seus colegas sugerem que processos adicionais provavelmente desempenharam papéis contribuintes durante o longo desaparecimento do SN 2017egm. Estes incluem detritos que caem de volta no magnetar e interações entre a onda de explosão e a matéria ejetada pela estrela nos séculos anteriores ao seu desaparecimento.

A equipe também examinou quão bem uma nova instalação terrestre de raios gama, a Observatório de Telescópios Cerenkovpode detectar eventos como SN 2017egm. Com cerca de 50 horas de observação, dizem eles, uma supernova semelhante poderia ser detectada a cerca de 500 milhões de anos-luz. A nossa compreensão de fenómenos como o SN 2017egm irá melhorar graças à cooperação entre essas instalações e a frota de observatórios espaciais da NASA que observam mudanças rápidas no universo.

“O mecanismo do motor central magnetar discutido neste artigo baseia-se em muitos avanços observacionais e teóricos em magnetares nos últimos 20 anos”, disse Judy Racusin, cientista adjunta do projeto para o Missão Fermi no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. “A observação dos raios gama das supernovas dar-nos-á uma nova forma de explorar o seu funcionamento interno.”

Por Francisco Reddy
Centro de Voo Espacial Goddard da NASACinturão Verde, Maryland.

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Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, Greenbelt, Maryland.