O telescópio espacial de raios gama Fermi da NASA pode finalmente revelar a dinâmica de algumas das explosões estelares mais brilhantes já observadas. Depois de anos estudando dados, uma equipe internacional de pesquisadores encontrou fortes evidências de que uma rara supernova superluminosa foi desencadeada por uma estrela de nêutrons extremamente magnética formada durante o colapso de uma estrela.
A missão Fermi faz parte da rede de observatórios da NASA projetada para rastrear eventos em mudança em todo o universo e ajudar os cientistas a entender melhor como funcionam os fenômenos cósmicos.
“Durante quase 20 anos, os astrónomos têm pesquisado nos dados do Fermi sinais de raios gama de milhares de supernovas e, embora algumas pistas interessantes tenham sido relatadas, até agora nenhuma foi inequívoca,” disse o líder do estudo, Fabio Acero, do Centro Nacional Francês de Investigação Científica (CNRS) e da Universidade de Paris-Saclay.
Resultados de pesquisa publicados em revista Astronomia e Astrofísica.
Supernova rara emite poderosos raios gama
Uma supernova com colapso do núcleo ocorre quando uma estrela massiva fica sem combustível necessário para sustentar o seu núcleo. Sem esta fonte de energia, o núcleo entraria em colapso sob a gravidade e causaria uma violenta explosão. Dependendo das circunstâncias, o colapso poderá deixar para trás uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. O resto da estrela é ejetado para o espaço como uma nuvem em expansão de gás extremamente quente.
Nas últimas duas décadas, os astrónomos descobriram cerca de 400 exemplos de supernovas invulgarmente poderosas, conhecidas como supernovas superluminosas. Estas explosões raras são pelo menos 10 vezes mais brilhantes na luz visível do que as supernovas comuns.
Em 2024, pesquisadores liderados por Li Shang, da Universidade de Anhui, em Hefei, China, propuseram que o Telescópio Fermi de Grande Área pode ter detectado raios gama de um dos eventos, anos após a explosão.
O objeto, denominado 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 distância, ainda é uma das supernovas superluminosas mais próximas já observadas na Terra.
“Passamos os primeiros 16 anos da missão Fermi procurando raios gama das seis supernovas superluminosas mais recentes”, disse Guillem Martí-Devesa, 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 sugestões anteriores de que algumas supernovas podem brilhar tanto em raios gama como em luz visível. Isto abre uma nova janela para o estudo destes eventos fascinantes.”
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 são 1.000 vezes mais fortes que as estrelas de neutrões comuns e cerca de 10 biliões de vezes mais fortes que os ímanes de frigorífico.
Para investigar mais, a equipe examinou cuidadosamente os sinais de luz visível e raios gama do SN 2017egm e comparou as observações com diferentes modelos teóricos.
O modelo, criado pelos co-autores Indrek Vorm, da Universidade de Tartu, na Estónia, e Brian Metzger, da Universidade de Columbia, em Nova Iorque, rastreia como a radiação e as partículas do magnetar nascente se movem através dos detritos de supernova em expansão.
Os pesquisadores acreditam que os magnetares recém-formados podem girar centenas de vezes por segundo. Essa velocidade incrível cria poderosos fluxos de elétrons e pósitrons, que são versões antimatéria dos elétrons. Juntas, essas partículas formam uma nuvem gigante de material de alta energia chamada nebulosa de vento magnetar.
Dentro desta nebulosa, as interações entre partículas podem produzir raios gama de várias maneiras. Elétrons e pósitrons podem colidir e se transformar em fótons de raios gama, e os próprios raios gama podem colidir e criar novas partículas. À medida que estas interações continuam, grande parte da energia dos raios gama fica presa nos detritos da supernova e é convertida em luz visível de baixa energia, tornando a explosão incrivelmente brilhante.
Raios gama escapam meses depois
“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 os tempos de chegada dos raios gama nos primeiros meses, mas vemos espaço para melhorias mais tarde na vida, quando a luz visível diminui de forma muito irregular.”
Os investigadores acreditam que outros processos podem ter afetado a supernova durante o seu longo declínio no brilho. Estes podem incluir a queda de material em direção ao magnetar e colisões entre a onda de choque em expansão e o material expelido séculos antes da explosão da estrela.
A equipe também explorou se futuros observatórios poderiam detectar eventos semelhantes. Eles descobriram que o próximo observatório Cherenkov Telescope Array deve ser capaz de detectar supernovas como SN 2017egm a distâncias de até cerca de 500 milhões de anos-luz em cerca de 50 horas de observação.
Os cientistas dizem que futuras colaborações entre observatórios terrestres e telescópios espaciais da NASA ajudarão 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 nos avanços nas observações e teorias magnetares ao longo dos últimos 20 anos,” disse Judy Racusin, cientista associada do projecto da missão Fermi no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “A observação dos raios gama emitidos pelas supernovas dar-nos-á uma nova forma de explorar o seu funcionamento interno.”
