Astrónomos observam uma estrela de neutrões moribunda a “sussurrar”

Uma equipa de investigadores do Caltech observou a morte peculiar de uma estrela massiva que explodiu como uma supernova surpreendentemente fraca e que rapidamente desvaneceu.

Estas observações sugerem que a estrela tem uma companheira invisível, desvinculando gravitacionalmente a massa da estrela para deixar para trás uma estrela “despida” que explodiu como uma rápida supernova. Pensa-se que a explosão tenha resultado numa estrela de neutrões moribunda que orbita a sua companheira densa e compacta, sugerindo que, pela primeira vez, os cientistas testemunharam o nascimento de um sistema binário e compacto composto por estrelas de neutrões.

A investigação foi conduzida pelo estudante Kishalay De e está descrita num artigo publicado na edição de 12 de outubro da revista Science. O trabalho foi desenvolvido principalmente no laboratório de Mansi Kasliwal, professora assistente de astronomia. Kasliwal é a investigadora principal do projeto GROWTH (Global Relay of Observatories Watching Transients Happen), liderado pelo Caltech.

Quando uma estrela massiva – com pelo menos oito vezes a massa do Sol – fica sem combustível para queimar no seu núcleo, o núcleo colapsa sobre si próprio e depois rebate para fora numa poderosa explosão chamada supernova. Depois da explosão, todas as camadas exteriores da estrela foram destruídas, deixando para trás uma densa estrela de neutrões – mais ou menos do tamanho de uma cidade pequena, mas contendo mais massa do que o Sol. Uma colher de chá de uma estrela de neutrões pesaria tanto quanto uma montanha.

Durante uma supernova, a estrela moribunda repele todo o material nas suas camadas exteriores. Normalmente, corresponde a algumas vezes a massa do Sol. No entanto, o evento que Kasliwal e colegas observaram, denominado iPTF 14gqr, expeliu matéria com apenas um-quinto da massa do Sol.

“Nós observámos o colapso desta estrela massiva, mas vimos uma quantidade notavelmente pequena de massa ejetada,” realça Kasliwal. “Chamamos a isto uma supernova de invólucro ultra-despojado e há muito que se previa a sua existência. Esta é a primeira vez que vimos, de forma convincente, o colapso do núcleo de uma estrela massiva que está tão desprovida de matéria.”

O facto da estrela sequer ter conseguido explodir implica que devia estar previamente envolvida por uma grande quantidade de material, ou o seu núcleo nunca se teria tornado massivo o suficiente para colapsar. Mas onde estava então a massa perdida?

Os cientistas inferiram que a massa deve ter sido roubada – a estrela deve ter algum tipo de companheira densa e compacta, ou uma anã branca, uma estrela de neutrões ou um buraco negro – suficientemente perto para extrair gravitacionalmente a sua massa antes que explodisse.

A estrela de neutrões que ficou para trás, aquando da supernova, deve então ter nascido em órbita daquela companheira densa. A observação de iPTF 14gqr foi na realidade a observação do nascimento de um sistema binário compacto composto por duas estrelas de neutrões. Dado que esta nova estrela de neutrões e a sua companheira estão tão perto uma da outra, eventualmente fundir-se-ão numa colisão semelhante ao evento de 2017 que produziu tanto ondas gravitacionais como ondas eletromagnéticas.

Não só iPTF 14gqr é um evento notável como o facto de sequer ter sido observado foi fortuito, uma vez que estes fenómenos são raros e de curta duração. De facto, foi somente através das observações das fases iniciais da supernova que os investigadores puderam deduzir as origens da explosão como uma estrela massiva.

“Precisamos de levantamentos de transientes rápidos e uma rede bem coordenada de astrónomos, espalhados pelo mundo, para realmente capturar a fase inicial de uma supernova,” realça De. “Sem os dados na sua infância, não podíamos ter concluído que a explosão deve ter originado no núcleo em colapso de uma estrela massiva com um invólucro de aproximadamente 500 vezes o raio do Sol.”

O evento foi visto pela primeira vez no Observatório de Palomar como parte do iPTF (intermediate Palomar Transient Factory), um levantamento noturno do céu que procura eventos cósmicos transitórios, ou de curta duração, como supernovas.

Dado que o levantamento iPTF mantém um olhar tão atento no céu, iPTF 14gqr foi observado nas primeiras horas após a explosão. À medida que a Terra girava e o telescópio Palomar se movia para fora do campo de observação, os astrónomos de todo o mundo colaboraram para monitorizar iPTF 14gqr, observando continuamente a sua evolução com uma série de telescópios que hoje formam a rede GROWTH de observatórios.

O Complexo Transiente Zwicky, o sucessor do iPTF no Observatório Palomar, está a examinar o céu de forma ainda mais ampla e frequente na esperança de capturar mais destes eventos raros, que representam apenas 1% de todas as explosões observadas. Estes levantamentos, em parceria com redes de acompanhamento coordenado como o GROWTH, permitirá que os astrónomos entendam melhor como os sistemas binários evoluem a partir de estrelas binárias massivas.