Supernova: Uma explosão 3000 milhões de vezes mais brilhante do que o Sol

Supernova: Uma explosão 3000 milhões de vezes mais brilhante do que o Sol

Uma estrela não desaparece silenciosamente quando detona. No seu auge, uma supernova pode parecer aproximadamente 3000 milhões de vezes mais brilhante do que o Sol se os dois estivessem na mesma distância de um observador – um brilho tão violento que pode ser rastreado a partir de outras galáxias por meses.

Os astrônomos classificam essas explosões em duas grandes famílias: algumas resultam do reacendimento repentino e descontrolado de um núcleo estelar queimado chamado anã branca, enquanto outras marcam o colapso final do núcleo de uma estrela massiva. Ambos os processos terminam da mesma maneira, em uma explosão que semeia o espaço com novos elementos e frequentemente deixa para trás um cadáver estranho e compacto.

O que segue não é o esboço geral que todo artigo repete. É um conjunto de números específicos e bem documentados: a velocidade dos escombros em voo, a que distância os mais fracos foram medidos, e o que foi realmente encontrado escondido nos restos mortais.

Como uma anã branca descontrolada detona

Uma anã branca é um núcleo estelar queimado tão denso que apenas a pressão de elétrons evita seu colapso adicional. Se ela absorve lentamente gás de uma estrela companheira, sua massa pode se aproximar do limite de Chandrasekhar, aproximadamente 1,44 vezes a massa do Sol – o ponto além do qual a pressão de degeneração eletrônica não pode mais manter a estrela contra sua própria gravidade.

Resquício de Supernova de Tycho em raios X
Resquício de Supernova de Tycho, os escombros da explosão estelar que Tycho Brahe observou em 1572, fotografados em raios X pelo Observatório Chandra da NASA. NASA/CXC/Rutgers/J.Warren & J.Hughes et al., domínio público, via Wikimedia Commons

Assim que a ignição começa, a estrela não apenas colapsa; ela detona. A matéria é ejectada a 5000 a 20000 quilômetros por segundo, aproximadamente 6% da velocidade da luz. Parte desses escombros continua se expandindo por séculos: um evento de dupla degeneração, onde duas anãs brancas se fundem ao invés de uma se alimentar lentamente de uma companheira, pode explicar por que G1.9+0.3, o resquício de supernova mais jovem conhecido em nossa galáxia, permaneceu mais brilhante e maior por décadas após sua formação.

Observando uma estrela explodir em tempo real

As supernovas são comuns o suficiente para que pesquisas celestes profissionais e amadoras encontrassem mais de 200 novas em um único ano, 2012 – e SN 2012fr, descoberta em outubro, foi classificada entre as mais brilhantes do ano.

Este brilho torna o número de 3000 milhões mais do que uma abstração: astrônomos podem comparar diretamente a luz de uma estrela em explosão com a do Sol, em distância comparável, e obter uma proporção real ao invés de uma impressão aproximada. Observar como um objeto único passa de invisível a brevemente mais brilhante do que sua própria galáxia é parte da razão pela qual a caça às supernovas continua a se expandir.

Uma explosão de mil anos, medida ao quilômetro

Algumas supernovas são antigas o suficiente para terem sido registradas por historiadores ao invés de telescópios, mas seus escombros ainda podem ser medidos com precisão moderna. O resquício de SN 1006 – uma explosão brilhante o suficiente para atrair atenção em todo o mundo medieval – fica a aproximadamente 2,17 (mais ou menos 0,08) kiloparsecs da Terra, uma distância determinada rastreando a lenta deriva de seus filamentos luminosos ao longo de décadas de imagens.

Esta medida de distância permite que astrônomos trabalhem em retrospectiva até um brilho máximo calculado para a explosão original, e o resultado se alinha com o meio da faixa de estimativas de brilho registradas por observadores que testemunharam o evento real desenrolando muito antes dos telescópios existirem.

As Supernovas que não completam a tarefa

Nem todas as explosões de anã branca destroem completamente sua estrela. Os astrônomos identificaram mais de 30 "mini-supernovas" inusualmente fracas – explosões tão fracas que a anã branca em seu centro poderia sobreviver ao invés de ser eliminada.

Uma delas, SN 2012Z, fica na galáxia hospedeira NGC 1309, aproximadamente 110 milhões de anos-luz de distância. Comparar com um evento igualmente fraco, SN 2008ha, mostra o quão amplamente esta classe reduzida pode variar: SN 2012Z se classifica entre as mais poderosas dessas explosões subdimensionadas, enquanto SN 2008ha se classifica entre as mais fracas. O padrão não foi uma surpresa em retrospectiva – já em 2009, os pesquisadores haviam sugerido que este tipo de evento provenha de uma anã branca emparelhada com uma estrela companheira de hélio, anos antes que SN 2012Z lhes desse a chance de testar a ideia diretamente.

A explosão mais brilhante já registrada

Nem todas as supernovas são fracas ou próximas. ASASSN-15lh, a supernova mais brilhante já registrada, fica aproximadamente 3,82 bilhões de anos-luz da Terra. Primeiro detectada em junho de 2015, atingiu o pico em aproximadamente 570 bilhões de vezes a luminosidade do Sol – o dobro da produção bolométrica de qualquer outra supernova conhecida.

Uma única explosão estelar brevemente mais brilhante do que centenas de bilhões de Sóis é um lembrete útil de quanta energia está trancada dentro de uma estrela de aparência comum antes que ela exploda.

Caçando a estrela de nêutrons escondida em SN 1987A

SN 1987A permanece a supernova próxima de referência da era moderna. Os astrônomos a colocam aproximadamente 51,4 kiloparsecs de distância – aproximadamente 168000 anos-luz – o que a torna a explosão estelar mais próxima que alguém documentou desde que Johannes Kepler rastreou uma em 1604, suficientemente próxima e recente para que instrumentos em todo o planeta pudessem estudá-la em detalhes.

SN 1987A fotografada pelo Telescópio Espacial James Webb
SN 1987A, uma das supernovas próximas mais estudadas, fotografada pelo Telescópio Espacial James Webb. Foto: NASA, ESA, CSA, M. Matsuura (Cardiff University), R. Arendt (NASA''s Goddard Spaceflight Center & University of Maryland, Wikimedia Commons, CC BY 4.0

A teoria previa que o núcleo em colapso deveria ter deixado uma estrela de nêutrons para trás, mas por décadas ninguém pôde confirmar que realmente havia uma lá. Isso mudou em 2019, quando astrônomos usando o Atacama Large Millimeter Array relataram evidência indireta de uma estrela de nêutrons colapsada dentro do resquício. O que quer que tenha sobrevivido à explosão deverá se assemelhar às estrelas de nêutrons típicas em outros lugares: objetos com um raio de aproximadamente 10 quilômetros embalando aproximadamente 1,4 vezes a massa do Sol.

Um nome de 1931 e uma estrela vista pela primeira vez em 1054

A palavra "supernova" em si tem apenas um século de idade. Walter Baade e Fritz Zwicky recebem o crédito: o par introduziu o termo durante uma aula de astrofísica em 1931, pegando emprestada a "nova" que os astrônomos já usavam para um brilho estelar e adicionando "super" quando perceberam que esses eventos eram categoricamente maiores.

Um dos objetos que ajudou a tornar essa distinção óbvia fica dentro da Nebulosa do Caranguejo – os escombros de uma supernova que astrônomos chineses registraram no ano de 1054 d.C.

A Nebulosa do Caranguejo fotografada pelo Telescópio Espacial Hubble
A Nebulosa do Caranguejo, um resquício de supernova com seis anos-luz de largura registrado por astrônomos chineses e japoneses em 1054, fotografada pelo Telescópio Espacial Hubble. NASA, ESA, J. Hester e A. Loll (Arizona State University), domínio público, via Wikimedia Commons

Em seu centro fica o Pulsar do Caranguejo, uma estrela de nêutrons com apenas 28 a 30 quilômetros de largura que gira 30,2 vezes a cada segundo – o resquício compacto de uma explosão brilhante o suficiente para que observadores do outro lado do planeta a registrassem sem telescópio, séculos antes que Baade e Zwicky dessem ao fenômeno seu nome.

Fontes