Ah, ser uma estrela e morrer na mais brilhante das explosões

Esta imagem de cores falsas do Spitzer é uma composição de dados do Telescópio Espacial Spitzer. Esta imagem é uma visão do remanescente de supernova de Kepler tirada em raios-X, luz visível e radiação infravermelha. Crédito da imagem: NASA/JPL

Uma supernova é o que acontece quando uma estrela chega ao fim de sua vida e explode, em uma brilhante explosão de luz. As supernovas podem ofuscar brevemente galáxias inteiras e irradiar mais energia do que o nosso sol em toda a sua vida. Elas também são a fontes primárias de elementos pesados no universo. Segundo a NASA, as supernovas são "as maiores explosões que ocorrem no espaço".

Várias civilizações registraram supernovas muito antes do telescópio ser inventado no século XVII. A supernova mais antiga registrada é a RCW 86, que os astrônomos chineses avistaram em 185 dC. Seus registros mostram que essa "estrela convidada" permaneceu no céu por oito meses, segundo a NASA.

A Nebulosa do Caranguejo, sem dúvida a supernova mais famosa, foi detectada pela primeira vez por astrônomos chineses e coreanos que registraram essa explosão estelar em seus registros em 1054. Os nativos americanos também podem ter visto, de acordo com pinturas rupestres encontradas no Arizona e no Novo México. A supernova que formou a Nebulosa do Caranguejo era tão brilhante que os primeiros astrônomos podiam vê-la durante o dia.

Outras supernovas que foram observadas antes do telescópio ser inventado ocorreram nos anos 393, 1006, 1181, 1572 (estudadas pelo famoso astrônomo Tycho Brahe) em 1604. Brahe escreveu sobre suas observações da "nova estrela" em seu livro, "De nova stella", que deu origem ao nome "nova". 

O termo "supernova" foi usado pela primeira vez por Walter Baade e Fritz Zwicky no Observatório Mount Wilson, que a usaram em relação a um evento explosivo que observaram, chamada S Andromedae (também conhecida como SN 1885A), localizado na Galáxia de Andrômeda. Os cientistas sugeriram que as supernovas acontecem quando estrelas comuns colapsam em estrelas de nêutrons.

QUANDO AS ESTRELAS MORREM

Em média, uma supernova ocorrerá uma vez a cada 50 anos em uma galáxia do tamanho da Via Láctea, segundo pesquisa da Agência Espacial Europeia. Isso significa que uma estrela explode a cada 10 segundos ou mais em algum lugar do universo, de acordo com o Departamento de Energia dos EUA. 

Cerca de 10 milhões de anos atrás, um aglomerado de supernovas criou a "Bolha Local", uma bolha de gás em forma de amendoim com 300 anos-luz de comprimento no meio interestelar que circunda nosso sistema solar.

Exatamente como uma estrela morre depende em parte de sua massa. Nosso sol, por exemplo, não tem massa suficiente para explodir como uma supernova. (Embora as notícias para a Terra ainda não sejam boas, porque quando o sol ficar sem combustível nuclear, talvez em alguns bilhões de anos, ele se transformará em uma gigante vermelha que provavelmente vaporizará nosso mundo, antes de esfriar gradualmente em um Anã Branca.) Mas com a quantidade certa de massa, uma estrela pode queimar em uma explosão flamejante.

Uma estrela pode se tornar supernova de duas maneiras:

Supernova tipo I: Estrela acumula matéria de um vizinho próximo até que uma reação nuclear descontrolada se inicie.

Supernova tipo II: A estrela fica sem combustível nuclear e colapsa sob sua própria gravidade.

O Telescópio Espacial Hubble capturou a visão mais detalhada da Nebulosa do Caranguejo em uma das maiores imagens já montadas pelo observatório espacial. Crédito da imagem: NASA/ESA e Jeff Hester (Arizona State University).

SUPERNOVAS TIPO II

Vejamos primeiro a mais excitante Tipo II. Para uma estrela explodir como uma supernova Tipo II, ela deve ser várias vezes mais massiva que o Sol (as estimativas variam de oito a 15 massas solares). Como o sol, eventualmente ficará sem hidrogênio e, em seguida, sem combustível de hélio em seu núcleo. No entanto, terá massa e pressão suficientes para fundir carbono. 

Em seguida, elementos gradualmente mais pesados se acumularão no centro, e a estrela formará camadas de material semelhantes a cebolas, com elementos se tornando mais leves em direção ao exterior da estrela. Uma vez que o núcleo da estrela ultrapassa uma certa massa (chamado limite de Chandrasekhar), ele começa a implodir. Por esse motivo, essas supernovas do Tipo II também são conhecidas como supernovas de colapso de núcleo.

Eventualmente, a implosão ricocheteia no núcleo, expelindo o material estelar para o espaço, formando a supernova. O que resta é um objeto ultradenso chamado estrela de nêutrons, um objeto do tamanho de uma cidade que contém a massa do sol em um pequeno espaço.

As subcategorias de supernova tipo II são classificadas com base em suas curvas de luz, que descrevem como a intensidade da luz muda ao longo do tempo. A luz das supernovas do Tipo II-L diminui constantemente após a explosão, enquanto a luz das supernovas do Tipo II-P permanece estável por um período mais longo antes de diminuir. Ambos os tipos têm a assinatura do hidrogênio em seus espectros.

Estrelas muito mais massivas que o Sol (cerca de 20 a 30 massas solares) podem não explodir como uma supernova, pensam os astrônomos. Em vez disso, elas colapsam para formar buracos negros.

Esta fotografia de raios-X do Chandra mostra Cassiopeia A (Cas A, abreviada), o remanescente de supernova mais jovem da Via Láctea. Crédito da imagem: NASA/CXC/MIT/UMass Amherst/MDStage et al.

SUPERNOVAS TIPO I

As supernovas do tipo I não possuem assinatura de hidrogênio em seus espectros de luz e geralmente se acredita que se originam de estrelas anãs brancas em um sistema estelar binário próximo. À medida que o gás da estrela companheira se acumula na anã branca, a anã branca é progressivamente comprimida e, eventualmente, desencadeia uma reação nuclear descontrolada que eventualmente leva a uma explosão cataclísmica de supernova.

Os astrônomos usam as supernovas do Tipo Ia como "velas padrão" para medir distâncias cósmicas porque acredita-se que todas brilham com igual brilho em seus picos.

As supernovas do tipo Ib e Ic também sofrem colapso do núcleo, assim como as supernovas do tipo II, mas perderam a maior parte de sua camada externa de hidrogênio. Em 2014, os cientistas detectaram a estrela companheira fraca e difícil de localizar de uma supernova Tipo Ib. A busca consumiu duas décadas, já que a estrela companheira brilhou muito mais fraca do que a brilhante supernova.

OBSERVANDO UMA SUPERNOVA

Estudos recentes descobriram que as supernovas vibram como alto-falantes gigantes e emitem um zumbido audível antes de explodir.

Em 2008, os cientistas pegaram uma supernova no ato de explodir pela primeira vez. Enquanto olhava para a tela do computador, a astrônoma Alicia Soderberg esperava ver a pequena mancha brilhante de uma supernova de um mês de idade. Mas o que ela e seu colega viram foi uma explosão de raios-X estranha, extremamente brilhante, de cinco minutos. 

Com essa observação, eles se tornaram os primeiros astrônomos a observar uma estrela no ato de explodir. A nova supernova foi nomeada SN 2008D. Estudos posteriores mostraram que a supernova tinha algumas propriedades incomuns.

“Nossas observações e modelagem mostram que este é um evento bastante incomum, para ser melhor entendido em termos de um objeto situado na fronteira entre supernovas normais e explosões de raios gama”, Paolo Mazzali, um astrofísico italiano do Observatório de Padova e Max- Planck Institute for Astrophysics, disse ao Space.com em uma entrevista de 2008.

RECURSOS ADICIONAIS

• Para saber mais sobre supernovas e sua descoberta, confira "The Supernova Story" (Princeton University Press, 1994) de Laurence Marschall. 
• Você também pode querer considerar a leitura de "Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis” de AGW Cameron (Dover Publications, 2013). 
• E para um livro acessível sobre todo o ciclo de vida de uma estrela, confira "The Life and Death of Stars" (Cambridge University Press, 2013) de Kenneth Lang.

BIBLIOGRAFIA

• NASA, 2013. "O que é uma Supernova?" https://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-a-supernova.html
• Diehl, R., Halloin, H., Kretschmer, K. et al. 26Al radioativo de estrelas massivas na Galáxia. Natureza 439, 45-47 (2006). https://doi.org/10.1038/nature04364
• Departamento de Energia dos EUA Escritório de Ciência. "DOE explica... Supernovas." https://www.energy.gov/science/doe-explainssupernovae

Junte-se aos nossos Canais Espaciais para continuar falando sobre o espaço nas últimas missões, céu noturno e muito mais! Siga-nos no facebook e no twitter. Inscreva-se no boletim informativo. E se você tiver uma dica, correção ou comentário, informe-nos aqui ou pelo e-mail: gaiaciencia@gaiaciencia.com.br

Referência:

THOMPSON, Andrea; HICKOK, Kimberly. What is a supernova? Space, 26, fev. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/6638-supernova.html>. Acesso em: 28, fev. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.