O Telescópio Fermi de raios gama da NASA pode ter finalmente descoberto o que está proporcionando algumas das explosões estelares mais brilhantes já observadas. Depois de examinar anos de dados, uma equipa de investigação internacional encontrou fortes evidências de que uma rara supernova superluminosa foi alimentada por uma estrela de neutrões extremamente magnética que se formou durante o colapso da 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 pesquisaram os dados do Fermi em busca de sinais de raios gama de milhares de supernovas e, embora tenham sido relatadas várias pistas intrigantes, nenhuma foi definitiva até agora,” disse o líder do estudo, Fabio Acero, do Centro Nacional Francês de Investigação Científica (CNRS) e da Universidade Paris-Saclays.
Os resultados foram publicados na revista Astronomia e astrofísica.
Uma supernova rara emite poderosos raios gama
As supernovas com colapso do núcleo ocorrem quando uma estrela massiva esgota o combustível necessário para sustentar o seu núcleo. Sem esta fonte de energia, o núcleo entra em colapso sob a influência da gravidade e provoca uma violenta explosão. Dependendo das condições, o colapso pode deixar uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. O resto da estrela escapa para o espaço como uma nuvem em expansão de gás extremamente quente.
Nas últimas duas décadas, os astrónomos identificaram cerca de 400 exemplos invulgarmente poderosos, conhecidos como supernovas superluminosas. Estas explosões raras podem brilhar na luz visível pelo menos 10 vezes mais do que as supernovas normais.
Em 2024, pesquisadores liderados por Li Shang, da Universidade de Anhui, em Hefei, China, sugeriram que o Telescópio Fermi de Grande Área poderia ter detectado raios gama de um desses eventos anos após a ocorrência da explosão.
O objeto, chamado SN 2017egm, entrou em erupção na galáxia NGC 3191, que fica a cerca de 440 milhões de anos-luz de distância, na constelação da Ursa Maior. Mesmo a uma distância tão grande, continua a ser uma das supernovas superluminosas mais próximas já observadas da Terra.
“Procuramos raios gama de seis supernovas superluminosas próximas, observadas durante os primeiros 16 anos da missão Fermi”, disse Guillaume Marti-Devesa, pesquisador anteriormente da Universidade de Trieste, na Itália, e agora do Instituto de Ciências Espaciais de Barcelona, Espanha. “Apenas o SN 2017egm mostra a presença de raios gama, confirmando sugestões anteriores de que algumas supernovas podem ser tão luminosas em raios gama como na luz visível. Isto abre uma nova janela para explorar estes eventos fascinantes.”
Os ímãs podem ser um mecanismo oculto
Os cientistas há muito debatem o que dá às supernovas superluminosas o seu brilho incomum. Uma explicação importante envolve magnetares, que são estrelas de nêutrons com os campos magnéticos mais fortes conhecidos no universo. Os seus campos magnéticos podem ser até 1.000 vezes mais fortes do que as estrelas de neutrões comuns, atingindo uma força de cerca de 10 biliões de vezes a de um íman de frigorífico.
Para uma investigação mais aprofundada, a equipa examinou cuidadosamente os sinais de luz visível e raios gama do SN 2017egm e comparou as observações com vários modelos teóricos.
O modelo, criado pelos co-autores Indrek Wurm, da Universidade de Tartu, na Estónia, e Brian Metzger, da Universidade de Columbia, em Nova Iorque, traçou como a radiação e as partículas do magnetar recém-nascido se moveriam através dos detritos de supernova em expansão.
Os pesquisadores estimam que o novo magnetor pode girar centenas de vezes por segundo. Essa velocidade incrível gera um poderoso fluxo de elétrons e pósitrons, que são versões antimatéria dos elétrons. Juntas, essas partículas criam uma enorme nuvem de material de alta energia chamada nebulosa do vento magnetar.
Dentro desta nebulosa, partículas em interação podem criar raios gama de diversas maneiras. Elétrons e pósitrons podem colidir e tornar-se fótons gama, enquanto 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 dentro dos detritos da supernova e é convertida em luz visível de baixa energia, ajudando a tornar a explosão excepcionalmente brilhante.
Os raios gama se dissipam após alguns meses
“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 durante os primeiros meses, mas vemos espaço para melhorias em momentos posteriores, quando a luz visível desaparece de forma bastante irregular.”
Os investigadores acreditam que processos adicionais provavelmente afetaram a supernova durante o seu longo escurecimento. Estes podem incluir a queda de material para o magnetor e colisões entre a onda de choque em expansão e o material ejetado pela estrela séculos antes de ela explodir.
A equipe também estudou se futuros observatórios seriam capazes de detectar eventos semelhantes. Eles descobriram que o próximo observatório Cerankov Telescope Array deverá ser capaz de detectar supernovas como SN 2017egm a distâncias de até 500 milhões de anos-luz com aproximadamente 50 horas de tempo de observação.
Os cientistas dizem que a futura colaboração entre observatórios terrestres e telescópios espaciais da NASA ajudará a aprender ainda mais sobre estas poderosas explosões estelares e os objetos extremos escondidos dentro delas.
“O mecanismo de acionamento central do magnetar discutido neste artigo é baseado em muitas observações e avanços teóricos em magnetares ao longo dos últimos 20 anos”, disse Judy Racusin, vice-cientista da missão Fermi no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Observar explosões de raios gama de supernovas nos dará uma nova maneira de investigar o seu funcionamento interno.”
