Astrônomos testemunham a explosão colossal de uma supernova criando uma das estrelas mais magnéticas do universo pela primeira vez

Os astrônomos testemunharam pela primeira vez o nascimento de uma estrela de nêutrons altamente magnetizada e de rotação rápida, ou “magnetar”.

A observação deste evento, desencadeado pela morte de uma estrela massiva, confirma a ligação entre a criação de magnetares e super brilhante supernova explosões. Essas supernovas superluminosas podem ser até dez vezes mais brilhantes e durar muito mais tempo do que as explosões típicas de supernovas que ocorrem quando estrelas massivas ficam sem combustível nuclear e sofrem colapso gravitacional, ou “colapso do núcleo”, até nascerem. estrelas de nêutrons ou buracos negros.

Quase desde que foram descobertos no início dos anos 2000, os cientistas teorizaram que o nascimento dos magnetares, que têm os campos magnéticos mais poderosos do universo conhecido, está ligado a supernovas superluminosas, mas faltava a confirmação definitiva desta ligação.

“O que é realmente emocionante é que esta é uma evidência definitiva da formação de um magnetar como resultado do colapso do núcleo de uma supernova superluminosa”, disse o membro da equipe Alex Filippenko, da Universidade da Califórnia, Berkeley. disse em um comunicado.

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O truque de mágica por trás das super-supernovas

A teoria que conecta magnetares e supernovas superluminosas foi sugerida pela primeira vez por Dan Kasen e Lars Bildsten da UC Berkeley e de forma independente por Stanford Woosley da UC Santa Cruz. Isso sugere que quando uma estrela que possui um campo magnético poderoso e que é cerca de 25 vezes maior massa do sol entra em colapso, seu campo magnético se intensifica. O resultado é um magnetar com um campo magnético 100 a 1.000 vezes mais forte que o campo magnético de uma estrela de nêutrons “padrão”.

O colapso do núcleo de uma estrela massiva para uma largura de cerca de 20 quilómetros tem outra consequência. Assim como um patinador no gelo nas Olimpíadas de Inverno puxa os braços para aumentar a velocidade de rotação, a rápida diminuição do diâmetro de uma estrela de nêutrons acelera sua rotação.

Como resultado, algumas estrelas de nêutrons recém-nascidas podem girar a uma velocidade de 700 vezes por segundo ou mais. Esses objetos podem emitir feixes de radiação de seus pólos que varrem o universo como a luz de um farol cósmico. Nestes casos, estrelas de nêutrons e magnetares são chamados de pulsares.

À medida que os magnetares giram rapidamente, os seus campos magnéticos rotativos aceleram as partículas e depois disparam-nas para o material libertado pela estrela progenitora durante a sua morte como supernova. Isso faz com que esses detritos aumentem de brilho.

A equipe por trás desta pesquisa confirmou esta conexão quando analisou dados de uma supernova detectada em 2024 e designada SN 2024afav. Esta investigação revelou estranhos “chiados” na curva de luz desta supernova, que são indicativos de efeitos relativísticos gerais causados ​​por um magnetar.

“A base do modelo de Dan Kasen e Stan Woosley é que tudo que você precisa é da energia do magnetar nas profundezas, e uma boa fração dela será absorvida, e isso explicará por que a coisa é superluminosa”, disse Filippenko. “O que não foi demonstrado foi que um magnetar se formou de facto no meio da supernova.”

A pesquisadora acrescentou que é isso que esta pesquisa, publicada nesta quarta-feira (11 de março) na revista Naturezafinalmente demonstra.

“Durante anos, a ideia do magnetar pareceu quase um truque de magia de um teórico – escondendo um poderoso motor atrás de camadas de detritos de supernova. Foi uma explicação natural para o brilho extraordinário destas explosões, mas não conseguimos vê-lo diretamente,” disse Kasen. “O som deste sinal de supernova é como aquele motor puxando a cortina e revelando que realmente está lá.”

A arma fumegante da supernova

Avistado pela primeira vez pela rede de 27 telescópios do Observatório Las Cumbres em dezembro de 2024, o brilho de SN 2024afav foi rastreado por astrônomos durante 200 dias. O que a equipa notou foi que esta supernova, que ocorreu a cerca de mil milhões de anos-luz da Terra, não desapareceu gradualmente como uma supernova típica.

Depois de atingir o pico na marca de 50 dias, o brilho do SN 2024afav oscilou gradualmente para baixo, com uma série de quatro “solavancos” perceptíveis no brilho que lembram um som aumentando de frequência. Conseqüentemente, esses recursos foram rotulados como chilreios.

Saliências semelhantes foram observadas nas curvas de luz de outras supernovas, com os cientistas ligando-as a choques que ondulam do corpo estelar central e atingem material anteriormente ejetado. No entanto, nenhuma supernova anterior tinha demonstrado quatro destes sons.

Esta equipe teoriza que o material da explosão vista como SN 2024afav na verdade caiu de volta para o magnetar central depois de ter sido ejetado, formando uma nuvem achatada e rodopiante chamada disco de acreção em torno deste poderoso remanescente estelar.

Como é improvável que o material ejetado na supernova seja simétrico, também é improvável que o disco de acreção seja simétrico. Isso faz com que o eixo de rotação do magnetar e o do disco de acreção fiquem desalinhados.

A teoria da gravidade de Einstein, conhecida como relatividade geralsugere que, à medida que objetos de grande massa giram, eles arrastam consigo a própria estrutura do espaço, um processo chamado “arrastar quadro“ou o efeito Lense-Thirring. Este efeito faria com que o disco de acreção oscilasse, e um disco de acreção oscilante ocasionalmente bloquearia a luz do magnetar e ocasionalmente a refletiria. Isso cria um efeito estroboscópico que transforma todo o sistema em um “farol” cósmico.

À medida que o disco se contrai e cai em direção ao magnetar, a taxa dessa oscilação aumenta, e isso gera os ruídos vistos na curva de luz de SN 2024afav.

“Testámos várias ideias, incluindo efeitos puramente newtonianos e precessão impulsionada pelos campos magnéticos do magnetar, mas apenas a precessão de Lense-Thirring correspondeu perfeitamente ao tempo”, disse o autor principal do artigo, Joseph Farah, da UC Berkeley. “É a primeira vez que a relatividade geral é necessária para descrever a mecânica de uma supernova.”

A equipe também conseguiu determinar que esse objeto central gira 238 vezes por segundo e tem um campo magnético de cerca de 300 trilhão vezes mais poderoso do que Magnetosfera da Terraconfirmando isso como um magnetar. Essa é a arma fumegante que os astrônomos têm procurado para conectar magnetares e supernovas superluminosas.

“Ele (o autor principal, Joseph Farah) relacionou os problemas com o modelo magnetar e explicou tudo com a teoria mais testada em astrofísica – a relatividade geral. É incrivelmente elegante.” Filippenko acrescentou. “Ver um efeito claro da teoria geral da relatividade de Einstein é sempre emocionante, mas vê-lo pela primeira vez numa supernova é especialmente gratificante.”