“Por que estamos aqui?” continua sendo uma das questões mais duradouras feitas pela humanidade. Uma maneira pela qual os cientistas concretizam essa ideia é rastrear onde os elementos ao nosso redor se formaram pela primeira vez. Muitos elementos são criados no interior das estrelas e nos detritos das explosões de supernovas, que dispersam este material no espaço, mas as origens de alguns elementos importantes são difíceis de explicar.
O cloro e o potássio se enquadram nesta categoria. Eles são classificados como elementos Z ímpares – possuindo um número ímpar de prótons – e são essenciais para o desenvolvimento da vida e dos planetas. No entanto, os modelos atuais sugerem que as estrelas produzem apenas cerca de um décimo da quantidade de cloro e potássio que os astrónomos realmente observam no Universo, levando a um enigma científico de longa data.
XRISM oferece uma nova maneira de estudar detritos de supernovas
Esta lacuna na compreensão levou investigadores da Universidade de Quioto e da Universidade Meiji a investigar se os remanescentes de supernovas poderiam conter pistas em falta. Eles usaram XRISM, abreviação de X-ray Imaging and Spectroscopia Mission, um satélite de raios X lançado pela JAXA em 2023, para coletar dados espectroscópicos de raios X de alta resolução do remanescente da supernova Cassiopeia A na Via Láctea.
Para conseguir isso, a equipe contou com o instrumento Resolve do microcalorímetro XRISM. O dispositivo fornece cerca de dez vezes a resolução em energia dos primeiros detectores de raios X, permitindo aos investigadores detectar linhas de emissão fracas associadas a elementos raros. Depois de recolher dados da Cassiopeia A, compararam os níveis medidos de cloro e potássio com vários modelos teóricos de como as supernovas criam os elementos.
Evidências de que supernovas produziram elementos relevantes para a vida
Os resultados mostraram linhas claras de emissão de raios X para cloro e potássio em níveis muito superiores aos esperados pelo modelo padrão. Isto marca a primeira confirmação observacional de que uma única supernova pode produzir elementos suficientes para corresponder ao que os astrónomos veem no Universo. Os investigadores acreditam que a intensa mistura interna no interior de estrelas massivas, possivelmente impulsionada por rotações rápidas, interações binárias ou eventos de fusão de camadas, pode aumentar significativamente a produção destes elementos.
“Quando analisamos pela primeira vez os dados do Resolve, detectamos elementos que nunca esperávamos antes do lançamento. Como pesquisadores, é um verdadeiro prazer fazer descobertas como esta com o satélite que desenvolvemos”, disse o autor correspondente, Toshiki Sato.
Insights sobre como as estrelas moldam os blocos de construção da vida
Estas descobertas sugerem que os componentes químicos necessários à vida foram formados em condições extremas nas profundezas das estrelas, longe dos ambientes onde a vida surgiu mais tarde. O trabalho também demonstra o poder da espectroscopia de raios X de alta precisão na revelação do funcionamento interno das estrelas.
“Estou feliz por podermos começar a entender, mesmo que só um pouquinho, o que está acontecendo dentro das estrelas em explosão”, disse o autor correspondente Hiroyuki Uchida.
Entenda os próximos passos da evolução estelar
A equipa planeia continuar a usar o XRISM para estudar outros remanescentes de supernovas para determinar se os elevados níveis de cloro e potássio encontrados em Cassiopeia A são típicos de estrelas massivas ou exclusivos deste remanescente em particular. Isto ajudará a revelar se o processo de mistura interna aqui identificado é uma característica universal da evolução estelar.
“Como a Terra e a vida surgiram é uma questão eterna na qual todos já pensaram pelo menos uma vez. Nosso estudo revela apenas uma pequena parte desta enorme história, mas estou verdadeiramente honrado em contribuir para ela”, disse o autor correspondente Kai Matsunaga.
