Primeira imagem de uma estrela companheira sobrevivente de supernova

Há dezassete anos, os astrónomos observaram uma supernova a 40 milhões de anos-luz de distância na galáxia NGC 7424, localizada na constelação do Grou do hemisfério sul. Entretanto, o brilho da explosão atenuou-se e o Telescópio Espacial Hubble captou agora a primeira imagem de uma companheira sobrevivente da supernova. A imagem obtida é a prova de que algumas supernovas têm origem em sistemas compostos por duas estrelas.

“Sabemos que a maioria das estrelas de grande massa se encontram em sistemas binários,” disse Stuart Ryder, do Observatório Astronómico Australiano (AAO), em Sydney, Austrália, principal autor do estudo. “Muitos desses binários interagem e transferem gás de uma estrela para outra quando as suas órbitas se aproximam.”

A companheira da estrela que explodiu não foi uma simples espectadora da explosão. O seu papel foi importante, furtando quase todo o hidrogénio do invólucro da estrela condenada, a região que transporta energia do núcleo até à atmosfera estelar. Este furto criou instabilidade na estrela primária milhões de anos antes desta se tornar numa supernova, provocando episódios explosivos que levaram à perda de grande parte o invólucro de hidrogénio antes da catástrofe propriamente dita.

Por esta razão, a supernova, designada por SN 2001ig, foi classificada como de tipo IIb. É um tipo de supernova pouco comum, em que a maior parte do hidrogénio (mas não todo) desaparece antes da explosão, e foi identificado pela primeira vez em 1987, por Alex Filippenko, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, membro da equipa.

Nunca foi totalmente clara a forma como estas supernovas perdem o invólucro exterior. Inicialmente, pensou-se em estrelas isoladas com ventos muito rápidos que empurravam os invólucros. O problema surgiu quando os astrónomos começaram a procurar as estrelas primárias que geravam essas as supernovas, e não conseguiram encontrá-las.

“Foi muito estranho, porque os astrónomos esperavam encontrar as estrelas primárias mais poderosas e brilhantes,” explicou Ori Fox, do STScI (Space Telescope Science Institute), em Baltimore, membro da equipa. “Além disso, o grande número de supernovas despojadas de invólucro é maior do que o previsto.” Este facto levou os cientistas a pensarem que muitas destas estrelas seriam as estrelas primárias em sistemas binários de baixa massa, e tentaram então provar esta ideia.

Procurar a estrela companheira num binário após uma explosão de supernova não é tarefa fácil. Com efeito, para que o Hubble consiga ver uma estrela tão fraca ela tem que estar relativamente próxima da Terra. A supernova SN 2001ig e a sua companheira situam-se dentro dessa distância limite, mas é um limite dentro do qual não ocorrem muitas supernovas. E o que é ainda mais importante: os astrónomos precisam de saber qual é a posição exata através de medições muito precisas.

Em 2002, logo após a explosão de SN 2001ig, os cientistas localizaram com precisão a supernova com a ajuda do VLT (Very Large Telescope) do ESO, em Cerro Paranal, Chile. Em 2004, fizeram observações de acompanhamento com o Observatório Gemini Sul, em Cerro Pachón, Chile. Foi esta observação que primeiro sugeriu a presença de uma estrela companheira sobrevivente.

Sabendo as coordenadas exatas, Ryder e a sua equipa conseguiram apontar o Hubble para essa posição 12 anos mais tarde, quando o brilho da supernova se tornou mais fraco. Com a excelente resolução do Hubble e a sua potencialidade ultravioleta, conseguiram descobrir e fotografar a companheira sobrevivente.

Antes da explosão da supernova, a órbita das duas estrelas em torno uma da outra tinha a duração aproximada de um ano.

A explosão da estrela primária teve muito menos impacto na companheira sobrevivente do que se poderia pensar. Imagine-se um caroço de abacate (representando o núcleo denso da estrela companheira) envolvido em gelatina (representando o invólucro gasoso da estrela); a passagem de uma onda de choque pode estirar e fazer oscilar a gelatina temporariamente, mas o caroço de abacate permanece intacto.

Em 2014, Fox e a sua equipa usaram o Hubble para detetar a companheira de outra supernova de tipo IIb, SN 1993J. No entanto, conseguiram apenas captar um espectro, não uma imagem. SN 2001ig marca assim a primeira vez que uma companheira sobrevivente foi fotografada. “Finalmente conseguimos apanhar o ladrão estelar, confirmando as nossas suspeitas de havia mesmo um ladrão,” disse Filippenko.

É possível que metade das supernovas despojadas de invólucro tenha estrelas companheiras e que a outra metade seja composta por estrelas que perderam os seus invólucros exteriores por meio de ventos estelares. Ryder e a sua equipa têm por objetivo final determinar quantas pertencem ao primeiro grupo.

O próximo desafio será observar supernovas totalmente despojadas de invólucro, já que SN 2001ig e SN 1993J são apenas despojadas em 90%. As supernovas totalmente despojadas não têm grande interação de choque com o gás no ambiente estelar circundante, já que os seus invólucros exteriores se perderam muito antes da explosão. Sem interação de choque, desaparecem muito mais depressa, o que significa que a equipa terá apenas de esperar dois ou três anos para ir à procura das companheiras sobreviventes.

A equipa conta futuramente usar o Telescópio Espacial James Webb para avançar nesta busca.

O artigo sobre este estudo foi publicado a 28 de março de 2018 no Astrophysical Journal.

Fonte da notícia: NASA