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Astronomia07/01/2022

Astrônomos testemunham morte explosiva de estrela supergigante

Impressão artística de uma estrela supergigante vermelha no último ano de vida, emitindo uma nuvem tumultuada de gás. Isso sugere que pelo menos algumas dessas estrelas passam por mudanças internas significativas antes de se tornarem supernovas. Crédito: Observatório W. M. Keck/Adam Makarenko

07/01/22 - 08h57min

Pela primeira vez, astrônomos obtiveram imagens em tempo real do fim dramático da vida de uma supergigante vermelha, observando a rápida autodestruição da estrela massiva e seus estertores de morte antes de colapsar em uma supernova Tipo II.

Usando dois telescópios do Havaí – o Instituto de Astronomia Pan-STARRS da Universidade do Havaí em Haleakalā, Maui, e o Observatório W. M. Keck em Maunakea, Ilha do Havaí –, uma equipe de pesquisadores conduzindo o Young Supernova Experiment (YSE) observou a supergigante vermelha durante sua última pesquisa 130 dias antes de sua detonação mortal.

“Este é um grande avanço em nossa compreensão do que as estrelas massivas fazem momentos antes de morrer”, disse Wynn Jacobson-Galán, pesquisador de pós-graduação da Fundação Nacional da Ciência dos EUA (NSF) na Universidade da Califórnia em Berkeley e principal autor do estudo. “A detecção direta da atividade pré-supernova em uma estrela supergigante vermelha nunca foi observada antes em uma supernova Tipo II comum. Pela primeira vez, vimos uma estrela supergigante vermelha explodir!”

A descoberta foi publicada na revista The Astrophysical Journal.

Primeiro espectro

O Pan-STARRS detectou pela primeira vez a estrela massiva condenada no início do segundo semestre de 2020 por meio da enorme quantidade de luz que irradiava da supergigante vermelha. Alguns meses depois, ainda em 2020, uma supernova iluminou o céu.

A equipe rapidamente capturou o poderoso clarão e obteve o primeiro espectro da explosão energética, denominado supernova 2020tlf, ou SN 2020tlf, usando o espectrômetro de imagem de baixa resolução (LRIS) do Observatório Keck. Os dados mostraram evidências diretas de material circunstelar denso ao redor da estrela no momento da explosão, provavelmente o mesmo gás que o Pan-STARRS havia registrado sendo violentamente ejetado pela estrela supergigante vermelha em 2020.

Interpretação artística de uma estrela supergigante vermelha em transição para uma supernova do Tipo II, emitindo uma violenta erupção de radiação e gás em seu último suspiro antes de entrar em colapso e explodir. Crédito: Observatório W. M. Keck/Adam Makarenko
Evidências diretas

“O Keck foi fundamental para fornecer evidências diretas da transição de uma estrela massiva para uma explosão de supernova”, disse a autora sênior Raffaella Margutti, professora associada de astronomia na Universidade da Califórnia em Berkeley. “É como assistir a uma bomba-relógio. Nunca havíamos confirmado uma atividade violenta como essa em uma estrela supergigante vermelha moribunda, onde a vemos produzir uma emissão luminosa, então entrar em colapso e entrar em combustão, até agora.”

A equipe continuou a monitorar a SN 2020tlf após a explosão. Com base em dados obtidos do DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (Deimos) e do Near Infrared Echellette Spectrograph (Nires) do Observatório Keck, eles determinaram que a estrela supergigante vermelha progenitora da SN 2020tlf , localizada na galáxia NGC 5731, a cerca de 120 milhões de anos-luz de distância, conforme visto da Terra, era 10 vezes mais massiva que o Sol.

A descoberta desafia ideias anteriores de como estrelas supergigantes vermelhas evoluem antes de explodir. Antes disso, todas as supergigantes vermelhas observadas antes de explodir estavam relativamente quietas: elas não mostravam nenhuma evidência de erupções violentas ou emissão luminosa, como foi observado antes da SN 2020tlf. No entanto, esta nova detecção de radiação brilhante proveniente de uma supergigante vermelha no último ano antes de explodir sugere que pelo menos algumas dessas estrelas devem passar por mudanças significativas em sua estrutura interna que, então, resultam na ejeção tumultuada de gás momentos antes de seu colapso.

Novas incógnitas

A descoberta da equipe abre um caminho para pesquisas transitórias como o YSE caçar a radiação luminosa proveniente de supergigantes vermelhas e reunir mais evidências de que tal comportamento pode sinalizar a morte iminente de supernova de uma estrela massiva.

“Estou muito animado com todas as novas ‘incógnitas’ que foram reveladas por esta descoberta”, disse Jacobson-Galán. “Detectar mais eventos como a SN 2020tlf terá um impacto dramático em como definimos os meses finais da evolução estelar, unindo observadores e teóricos na busca para resolver o mistério de como estrelas massivas passam os momentos finais de suas vidas.”

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Berkeley