Os astrónomos obtiveram imagens extremamente detalhadas de duas explosões estelares – as chamadas novas – poucos dias depois de terem começado. As novas observações confirmam claramente que estes flashes não são tão simples como se pensava anteriormente. Em vez de uma única explosão, as explosões podem enviar mais de um fluxo de material e podem até atrasar drasticamente parte da ejeção.
Uma equipe de pesquisa internacional relatou o trabalho em Astronomia da natureza. Eles usaram interferometria no Centro de Astronomia de Alta Resolução Angular (CHARA Array), na Califórnia, uma técnica que combina a luz de vários telescópios para criar imagens extremamente nítidas. Esta resolução adicional permitiu a detecção direta destes eventos em rápida mudança à medida que se desenrolavam.
“As imagens dão-nos uma visão aproximada de como o material é ejetado da estrela durante a explosão,” disse Gayle Schaefer, do Estado da Geórgia, diretora da rede CHARA. “Capturar esses eventos transitórios requer flexibilidade para adaptar nossa programação noturna à medida que surgem novas oportunidades.”
O que é Nova e por que as ondas de choque são importantes?
Uma nova ocorre num sistema binário próximo quando uma anã branca, o denso núcleo remanescente da estrela, extrai gás de uma companheira próxima. À medida que o material roubado se acumula, ele pode inflamar-se numa reação nuclear, causando uma iluminação repentina no céu. Até recentemente, os astrónomos tinham principalmente de recolher indirectamente as primeiras fases, porque os detritos em expansão apareciam como um único ponto de luz.
Ver exatamente como o material ejetado explode e interage é fundamental para entender como as ondas de choque se formam nas novas. Pela primeira vez, estes choques foram associados a novos pelo Fermi Large Area Telescope (LAT) da NASA. Durante os seus primeiros 15 anos, o Fermi-LAT detectou emissões de GeV de mais de 20 novas, mostrando que estas erupções podem produzir raios gama na nossa galáxia e apontando para a sua promessa como fontes multi-mensagens.
Duas Novae 2021 com comportamentos bem diferentes
A equipe se concentrou em duas novas explosões que eclodiram em 2021 e descobriu que elas se comportavam de maneiras surpreendentemente diferentes. A Nova V1674 Herculis foi uma das mais rápidas já registradas, aumentando e desaparecendo ao longo de vários dias. As imagens revelaram dois fluxos separados de gás movendo-se em direções perpendiculares – um sinal de que o evento envolveu múltiplos materiais ejetados interagindo entre si. O momento foi particularmente revelador: os novos jactos apareceram nas imagens enquanto o Telescópio de Raios Gama Fermi da NASA também detectava raios gama de alta energia, ligando directamente a radiação de choque a estes jactos em colisão.
A Nova V1405 Cassiopeiae se desdobrou muito mais lentamente. Ele inesperadamente manteve suas camadas externas por mais de 50 dias antes de liberá-las, oferecendo a evidência mais clara de um exílio adiado em um novo. Quando este material finalmente se libertou, causou novos choques, e o Fermi da NASA observou novamente os raios gama associados a uma violência renovada.
“Estas observações permitem-nos observar uma estrela a explodir em tempo real, o que é muito difícil e há muito considerado extremamente difícil”, disse Elias Aydi, principal autor do estudo e professor de física e astronomia na Texas Tech University. “Em vez de apenas ver um flash de luz, estamos agora revelando a verdadeira complexidade de como essas explosões se desenrolam. É como passar de uma fotografia granulada em preto e branco para um vídeo de alta definição.”
A interferometria revela estrutura e espectros. Confirmar detalhes
A capacidade de ver uma estrutura tão fina deve-se à interferometria, a mesma técnica usada para obter imagens do buraco negro no centro da nossa galáxia. A equipe também comparou as imagens com os espectros de objetos grandes como o Gemini. Estes espectros rastrearam as mudanças nas assinaturas no gás ejetado, e as novas características espectrais correspondem às estruturas observadas nas imagens interferométricas, fornecendo uma confirmação direta e inequívoca de como os jatos se formam e colidem.
“Este é um salto extraordinário”, disse John Monnier, professor de astronomia da Universidade de Michigan, coautor do estudo e especialista em imagens interferométricas. “O facto de podermos agora observar a explosão de estrelas e ver imediatamente a estrutura do material que explode no espaço é notável. Abre uma nova janela para alguns dos acontecimentos mais dramáticos do Universo.”
O que isso muda nas explosões estelares e nos raios gama
As descobertas sugerem que as novas podem ser muito mais complexas do que um único surto repentino. Eles também ajudam a explicar por que estes eventos causam choques poderosos que produzem luz de alta energia, incluindo raios gama. O telescópio Fermi da NASA foi fundamental na descoberta desta ligação, transformando os novos em laboratórios do mundo real para estudar a física dos choques e da aceleração de partículas.
“Na nossa galáxia, as novas são mais do que fogos de artifício – são laboratórios de física extrema”, disse a co-autora Professora Laura Hamiuk, da Universidade Estadual de Michigan e especialista em explosões de estrelas. “Ao ver como e quando o material é ejetado, podemos finalmente ligar os pontos entre as reações nucleares na superfície da estrela, a geometria do material ejetado e a radiação de alta energia que detectamos do espaço.”
No geral, os resultados desafiam a visão de longa data de que as erupções de novas são eventos impulsivos isolados. Em vez disso, as observações apontam para diferentes formas como a nova se desenvolve, incluindo múltiplas ejeções e um atraso na libertação da camada exterior da estrela, mudando a forma como os cientistas entendem estes episódios explosivos.
“Este é apenas o começo”, disse Aidy. “Com mais observações como estas, podemos finalmente começar a responder a questões importantes sobre como as estrelas vivem, morrem e afetam o seu ambiente. As novas, antes vistas como simples explosões, revelam-se muito mais ricas e emocionantes do que imaginávamos.”
Imagens dos dois novos foram coletadas como parte do Programa CHARA Array Open Access, apoiado pela National Science Foundation sob os subsídios nºs AST-2034336 e AST-2407956. A Faculdade de Artes e Ciências do Estado da Geórgia, o Gabinete do Reitor e o Gabinete do Vice-Presidente para Investigação e Desenvolvimento Económico também fornecem apoio institucional para a matriz CHARA.
