Uma equipa internacional que estuda dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi concluiu que a missão detectou uma super-nova rara e invulgarmente luminosa. Os investigadores afirmam que esta provavelmente obteve a sua energia de uma estrela de neutrões super-magnetizada, nascida do colapso estelar que desencadeou a explosão.

A super-nova super-luminosa SN 2017egm foi descoberta pela missão Gaia da ESA no dia 23 de maio de 2017. Explodiu numa enorme galáxia espiral barrada conhecida como NGC 3191, mostrada à esquerda antes da explosão. A imagem à direita, captada a 1 de Julho de 2017, mostra a super-nova a brilhar mais do que toda a galáxia. Crédito: esquerda – SDSS e PS1; direita – NOT+ALFSOC/Bose et al., 2020

A missão Fermi faz parte da frota de observatórios da NASA que monitoriza as mudanças no cosmos para ajudar a humanidade a compreender melhor como o Universo funciona.

“Durante quase 20 anos, os astrónomos têm procurado nos dados do Fermi sinais de raios gama provenientes de milhares de super-novas e, embora tenham sido relatadas algumas pistas intrigantes, nenhuma era definitiva até agora”, afirmou o líder do estudo, Fabio Acero, do CNRS (Centre national de la recherche scientifique), França, e da Universidade de Paris-Saclay.

O artigo científico que descreve as descobertas foi publicado quarta-feira na revista Astronomy & Astrophysics.

As super-novas de colapso do núcleo ocorrem quando o centro produtor de energia de uma estrela com uma massa muitas vezes superior à do nosso Sol fica sem combustível, colapsa sob o seu próprio peso e explode. Durante o colapso, pode formar-se uma estrela de neutrões do tamanho de uma cidade ou um buraco negro ainda mais pequeno. Uma onda de choque expulsa o resto da estrela, que se expande rapidamente como uma nuvem quente e densa de gás ionizado.

Nas últimas duas décadas, foram identificadas cerca de 400 excepcionais super-novas de colapso do núcleo. Cada um destes eventos, denominados super-novas super-luminosas, produziu 10 ou mais vezes a quantidade de luz visível normalmente observada.

Em 2024, um estudo liderado por Li Shang na Universidade de Anhui, em Hefei, China, observou que o LAT (Large Area Telescope) do Fermi pode ter detectado raios gama – a forma mais energética de luz – provenientes de uma super-nova super-luminosa que ocorreu anos antes.

Denominada SN 2017egm, esta explosão super-potente ocorreu na galáxia NGC 3191, localizada a cerca de 440 milhões de anos-luz de distância na direcção da constelação da Ursa Maior. Mesmo a esta distância, a explosão continua a ser uma das mais próximas do seu tipo.

“Procurámos raios gama provenientes das seis super-novas super-luminosas mais próximas observadas durante os primeiros 16 anos da missão do Fermi”, afirmou Guillem Martí-Devesa, investigador anteriormente na Universidade de Trieste, em Itália, e agora bolseiro no Instituto de Ciências Espaciais, em Barcelona, Espanha. “Apenas SN 2017egm apresenta indícios de raios gama, confirmando sugestões anteriores de que algumas super-novas podem ser tão luminosas em raios gama como o são no visível. Isto abre uma nova janela para o estudo destes eventos fascinantes”.

Os teóricos têm debatido as possíveis fontes de energia que conferem a estas explosões a sua força adicional. No topo da lista está a formação de um magnetar, um tipo de estrela de neutrões com os campos magnéticos mais intensos que se conhecem – até 1000 vezes a intensidade das estrelas de neutrões típicas. É 10 biliões de vezes mais forte do que um típico íman que se coloca num frigorífico.

Esta composição apresenta duas perspectivas de SN 2017egm: no visível (inserção) e em raios gama (fundo). A imagem óptica mostra a super-nova – o objecto mais brilhante na imagem – e a sua galáxia hospedeira, no dia 1 de Julho de 2017. O mapa de fundo mostra uma ampla área do céu em torno da posição da super-nova. As cores mais brilhantes indicam maior probabilidade estatística de que os raios gama estejam associados à explosão. O mapa inclui raios gama detectados pelo LAT do Fermi entre 5 de Julho de 2017 e 25 de Outubro de 2017, ou seja, entre 43 e 155 dias após a descoberta da super-nova.
Crédito: fundo – NASA/DOE/Colaboração LAT do Fermi e Acero et. al. 2026; inserção – NOT+ALFSOC/Bose et al., 2020

A equipa realizou uma análise mais aprofundada das características ópticas e de raios gama observadas na super-nova para comparar a capacidade de diferentes modelos teóricos em reproduzi-las. Um modelo desenvolvido pelos co-autores Indrek Vurm, da Universidade de Tartu, na Estónia, e Brian Metzger, da Universidade de Columbia, em Nova Iorque, rastreou a forma como a luz e as partículas produzidas por um magnetar recém-formado se deslocariam para o exterior e interagiriam com os detritos em expansão da super-nova.

Os cientistas esperam que um magnetar recém-formado gire algumas centenas de vezes por segundo. Esta rotação rápida produz um forte fluxo de electrões e positrões, as suas contrapartes de antimatéria, que forma uma vasta nuvem de partículas energéticas.

Dentro desta nuvem – denominada nebulosa de vento de magnetar – várias interacções alimentam a produção e a absorção de raios gama. Por exemplo, um electrão e um positrão podem aniquilar-se, formando um par de fotões de raios gama, ou dois raios gama podem colidir e produzir as partículas. Desta e de outras formas, os raios gama interagem com os detritos da super-nova. Incapazes de escapar directamente, são reprocessados, convertidos em luz visível de menor energia, o que confere à super-nova um aumento adicional de luminosidade.

“Cerca de três meses após o colapso, à medida que os detritos da supernova se expandem e arrefecem, os raios gama podem começar a escapar”, disse Acero. “Este modelo de magnetar reproduz melhor a luminosidade da super-nova e o tempo de chegada dos seus raios gama durante os primeiros meses, mas vemos margem para melhorias em fases posteriores, quando a luz visível se desvanece de forma bastante irregular”.

Acero e os seus colegas sugerem que processos adicionais provavelmente desempenharam papéis importantes durante o longo desvanecimento de SN 2017egm. Estes incluem detritos a cair de volta sobre o magnetar e interacções entre a onda de choque e a matéria ejectada pela estrela nos séculos anteriores ao seu colapso.

A equipa também analisou a capacidade de uma nova instalação terrestre de detecção de raios gama, o CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory), para detectar eventos como SN 2017egm. Segundo eles, com cerca de 50 horas de tempo de observação, seria possível detectar uma super-nova semelhante a uma distância de cerca de 500 milhões de anos-luz. A nossa compreensão de fenómenos como SN 2017egm irá melhorar graças à cooperação entre essas instalações e a frota de observatórios espaciais da NASA que monitorizam mudanças rápidas no Universo.

“O mecanismo do motor central do magnetar discutido neste artigo científico baseia-se em muitos avanços observacionais e teóricos sobre magnetares ao longo dos últimos 20 anos”, afirmou Judy Racusin, cientista adjunta do projecto da missão Fermi no Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland, EUA. “A observação de raios gama provenientes de super-novas irá proporcionar-nos uma nova forma de explorar o seu funcionamento interno”.

CCVALG
22.05.2226

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