Astrônomos descobrem estrela companheira que fez uma anã branca explodir

Muitas estrelas explodem como supernovas luminosas quando, inchadas com a idade, ficam sem combustível para a fusão nuclear. Mas algumas estrelas podem tornar-se supernovas simplesmente porque têm uma estrela companheira próxima e incómoda que, um dia, perturba tanto a sua parceira que esta explode.

Estes últimos eventos podem acontecer em sistemas estelares binários, onde duas estrelas tentam compartilhar o domínio. Embora a estrela em explosão forneça muitas evidências sobre a sua identidade, os astrónomos devem empenhar-se num trabalho de detetive para aprender sobre a companheira errante que desencadeou a explosão.

Em 10 de janeiro, na reunião da Sociedade Astronômica Americana de 2019 em Seattle, uma equipe internacional de astrônomos anunciou que identificou o tipo de estrela companheira que tornou sua parceira em um sistema binário, uma estrela carbono-oxigênio. anã branca estrela, explodir. Através de repetidas observações da SN 2015cp, uma supernova a 545 milhões de anos-luz de distância, a equipa detectou detritos ricos em hidrogénio que a estrela companheira tinha libertado antes da explosão.

Uma imagem de SN 1994D (canto inferior esquerdo), uma supernova Tipo Ia detectada em 1994 na borda da galáxia NGC 4526 (centro).NASA/ESA/The Hubble Key Project Team/The High-Z Supernova Search Team

“A presença de detritos significa que a companheira era uma estrela gigante vermelha ou uma estrela semelhante que, antes de transformar a sua companheira em supernova, tinha libertado grandes quantidades de material,” disse. universidade de Washington astrônoma Melissa Graham, que apresentou a descoberta e é autora principal do artigo que a acompanha, aceito para publicação no The Jornal Astrofísico.

O material da supernova colidiu com esta ninhada estelar a 10% da velocidade da luz, fazendo-a brilhar com luz ultravioleta que foi detectada pelo telescópio espacial Hubble e outros observatórios quase dois anos após a explosão inicial. Ao procurar evidências de impactos de detritos meses ou anos após uma supernova num sistema estelar binário, a equipa acredita que os astrónomos poderiam determinar se a companheira era uma gigante vermelha confusa ou uma estrela relativamente limpa e organizada.

A equipe fez esta descoberta como parte de um estudo mais amplo de um tipo particular de supernova conhecida como supernova Tipo Ia. Estes ocorrem quando uma estrela anã branca de carbono-oxigênio explode repentinamente devido à atividade de uma companheira binária. As anãs brancas carbono-oxigênio são pequenas, densas e – para estrelas – bastante estáveis. Formam-se a partir de núcleos colapsados ​​de estrelas maiores e, se não forem perturbados, podem persistir durante milhares de milhões de anos.

As supernovas do tipo Ia têm sido utilizadas para estudos cosmológicos porque a sua luminosidade consistente as torna “faróis cósmicos” ideais, de acordo com Graham. Eles têm sido usados ​​para estimar a taxa de expansão do universo e serviram como evidência indireta da existência de energia escura.

No entanto, os cientistas não têm a certeza de que tipos de estrelas companheiras poderiam desencadear um evento do Tipo Ia. Muitas evidências indicam que, para a maioria das supernovas do Tipo Ia, a companheira era provavelmente outra anã branca de carbono-oxigénio, que não deixaria detritos ricos em hidrogénio no rescaldo. No entanto, modelos teóricos mostraram que estrelas como as gigantes vermelhas também poderiam desencadear uma supernova do Tipo Ia, que poderia deixar detritos ricos em hidrogénio que seriam atingidos pela explosão. Das milhares de supernovas do Tipo Ia estudadas até à data, apenas uma pequena fração foi posteriormente observada impactando material rico em hidrogénio libertado por uma estrela companheira. Observações anteriores de pelo menos duas supernovas do Tipo Ia detectaram detritos brilhantes meses após a explosão. Mas os cientistas não tinham certeza se esses eventos eram ocorrências isoladas ou sinais de que as supernovas do Tipo Ia poderiam ter muitos tipos diferentes de estrelas companheiras.

“Toda a ciência até agora feita com supernovas do Tipo Ia, incluindo pesquisas sobre a energia escura e a expansão do universo, baseia-se na suposição de que sabemos razoavelmente bem o que são esses ‘faróis cósmicos’ e como funcionam”, disse Graham. “É muito importante compreender como estes eventos são desencadeados e se apenas um subconjunto de eventos do Tipo Ia deve ser usado para certos estudos de cosmologia.”

A equipe usou observações do Telescópio Espacial Hubble para procurar emissões ultravioleta de 70 supernovas Tipo Ia aproximadamente um a três anos após a explosão inicial.

“Observando anos após o evento inicial, procurávamos sinais de material chocado que continha hidrogénio, o que indicaria que a companheira era algo diferente de outra anã branca de carbono-oxigénio”, disse Graham.

Em 2017, 686 dias após a explosão inicial, o Telescópio Espacial Hubble registou uma emissão ultravioleta (círculo azul) de SN 2015cp, que foi causada pelo impacto de material de supernova com material rico em hidrogénio anteriormente libertado por uma estrela companheira. Os círculos amarelos indicam raios cósmicos, que não estão relacionados com a supernova. NASA/Telescópio Espacial Hubble/Graham et al. 2019

No caso da SN 2015cp, uma supernova detectada pela primeira vez em 2015, os cientistas encontraram o que procuravam. Em 2017, 686 dias após a explosão da supernova, o Hubble captou um brilho ultravioleta de detritos. Estes detritos estavam longe da fonte da supernova – pelo menos 100 mil milhões de quilómetros, ou 62 mil milhões de milhas, de distância. Para referência, PlutãoA órbita do satélite leva-o a no máximo 7,4 mil milhões de quilómetros do nosso sol.

Ao comparar a SN 2015cp com as outras supernovas do Tipo Ia no seu estudo, os investigadores estimam que não mais de 6% das supernovas do Tipo Ia têm um companheiro deste tipo. Observações repetidas e detalhadas de outros eventos do Tipo Ia ajudariam a consolidar essas estimativas, disse Graham.

O Telescópio Espacial Hubble foi essencial para detectar a assinatura ultravioleta dos detritos da estrela companheira para SN 2015cp. No outono de 2017, os pesquisadores organizaram observações adicionais do SN 2015cp pelo Observatório WM Keck no Havaí, pelo Karl G. Jansky Very Large Array no Novo México, pelo Observatório Europeu do Sul. Telescópio muito grande e NASAdo Observatório Neil Gehrels Swift, entre outros. Estes dados revelaram-se cruciais para confirmar a presença de hidrogénio e são apresentados num artigo complementar liderado por Chelsea Harris, investigadora associada da Michigan State University.

“A descoberta e o acompanhamento da emissão do SN 2015cp demonstram realmente como é necessário que muitos astrónomos, e uma grande variedade de tipos de telescópios, trabalhem em conjunto para compreender fenómenos cósmicos transitórios,” disse Graham. “É também um exemplo perfeito do papel do acaso nos estudos astronómicos: se o Hubble tivesse olhado para o SN 2015cp apenas um ou dois meses depois, não teríamos visto nada.”

Graham também é membro sênior do DIRAC Institute da UW e analista científico do Large Synoptic Survey Telescope, ou LSST.

“No futuro, como parte das suas observações regularmente programadas, o LSST detectará automaticamente emissões ópticas semelhantes às SN 2015cp – de hidrogénio impactado por material de supernovas Tipo Ia”, disse Graham. “Isso tornará meu trabalho muito mais fácil!”

Os coautores são Harris; Pedro Nugent no Universidade da California, Berkeley e o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley; Kate Maguire, da Queen's University Belfast; Mark Sullivan e Mathew Smith, da Universidade de Southampton; Stefano Valenti, da Universidade da Califórnia, Davis; Ariel Goobar, da Universidade de Estocolmo; Ori Fox, do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial; Ken Shen, Tom Brink e Alex Filippenko da Universidade da Califórnia, Berkeley; Patrick Kelly, da Universidade de Minnesota; e Curtis McCully da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara e do Observatório Las Cumbres. A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, pela NASA, pelo Conselho Europeu de Pesquisa e pelo Conselho de Instalações Científicas e Tecnológicas do Reino Unido.

Referência: “Interação circunstelar atrasada para tipo Ia SN 2015cp revelada por uma pesquisa de imagem ultravioleta HST” por ML Graham, CE Harris, PE Nugent, K. Maguire, M. Sullivan, M. Smith, S. Valenti, A. Goobar, OD Fox, KJ Shen, PL Kelly, C. McCully, TG Brink e AV Filippenko, 6 de dezembro de 2018, arxiv.
DOI: 10.48550/arXiv.1812.02757