SN 2007if: a Super-Supernova Ia intriga os astro-físicos e pode impactar a Cosmologia

Os cosmologistas usam as supernovas tipo Ia, como esta visível no canto inferior esquerdo desta galáxia, para explorar passado e o futuro da expansão do Universo e entender melhor a natureza da energia escura. Crédito: High-Z Supernova Search Team, HST, NASA

Uma colaboração multinacional liderada pela Universidade de Yale mediu, pela primeira vez, a massa de uma supernova tipo Ia originada em um objeto estelar que ultrapassa o limite superior de massa de Chandrasekhar. Esta descoberta possivelmente poderá refletir no modo como os cosmologistas medem a expansão do Universo.

Os cosmologistas têm usado o padrão intrínseco energético das supernovas Tipo Ia – violentas explosões de núcleos de anãs brancas – como uma espécie de régua cósmica para medir a distância da Terra a galáxia onde ocorreu a supernova e assim compreender melhor o passado e o futuro da expansão do Universo, explorando a natureza da energia escura. Até recentemente, pensava-se que as anãs brancas não poderiam exceder o limite de Chandrasekhar, uma massa crítica equivalente a cerca de 1,4 vezes a massa do Sol, que se ultrapassado provoca a detonação da estrela como uma supernova. Este limite uniforme tem sido uma das ferramentas-chave na medição da distância das supernovas e conseqüentemente das suas galáxias.

Super-supernovas?

Desde 2003 foram descobertas 4 supernovas tipo Ia super brilhantes que os cosmologistas se colocaram em dúvida se as suas anãs brancas progenitoras tinham ultrapassado o limite de Chandrasekhar. Estas 4 supernovas foram apelidadas de supernovas “super-Chandrasekhar”.

Tabela comparativa entre as 4 super-supernovas SN 2003fg, SN 2006gz, SN 200if e SN 2009dc. Crédito: Scalzo et. al.

Agora Richard Scalzo da Universidade de Yale, como parte de uma colaboração entre times de físicos americanos e franceses com o nome de NSF (Nearby Supernova Factory), mediu a massa da anã branca explosiva que foi classificada como uma destas raras super-supernovas, denominada SN 2007if. Os cientistas confirmaram que este caso pode ter excedido o limite de Chandrasekhar. Os pesquisadores também descobriram que a anormalmente brilhante supernova não só tinha uma massa central, como também uma concha de matéria que foi expelida durante a explosão, além de uma camada de material pré-existente. A equipe espera que esta descoberta forneça um modelo estrutural a partir do qual se entenda melhor sobre outras supernovas supermassivas.

Usando uma campanha de telescópios no Chile, Hawaii e Califórnia, a equipe foi capaz de medir a massa tanto da estrela central, como da concha e também do invólucro individualmente, providenciando a primeira prova conclusiva de que o próprio sistema estelar efetivamente ultrapassou o limite de Chandrasekhar. Os cientistas descobriram que o objeto parece ter acumulado uma massa de 2,1 vezes a massa solar (com uma incerteza de ± 10%), o que coloca este corpo bem acima do limite teórico estabelecido pelo físico indiano.

A capacidade de medir as massas de todas as partes dos sistemas estelares fornece aos físicos informações importantes sobre a evolução dos sistemas – um processo que é atualmente pouco conhecido. “Realmente, nós não sabemos muito acerca das estrelas que se transformam nestas supernovas”, afirmou Scalzo. “Queremos saber mais sobre que tipo de estrelas elas eram, como se formaram e como evoluíram ao longo do tempo.”

Ilustração mostra o balé da morte de duas anãs-brancas. Os objetos espiralam em queda em torno de seu centro de massa em consequência da Teoria da Relatividade Geral de Einstein que prevê que o sistema binário irá perder sua energia orbital ao gerar ondas gravitacionais. Ao se chocar, duas massivas anãs-brancas poderão gerar uma super-supernova Ia?

Colisão de anãs brancas?

Scalzo acredita ser provável que excepcionalmente a SN2007if tenha sido o resultado da fusão de duas anãs brancas, em vez da explosão de um única anã branca, e assim ele espera poder estudar outras supernovas super-Chandrasekhar para determinar se, também, podem estar associadas a um evento de fusão de duas anãs brancas.

Os teóricos continuam a explorar como estrelas com massa acima do limite de Chandrasekhar, que é baseado num modelo estelar simplificado, podem existir sem colapsar sobre o seu próprio peso. De qualquer modo, uma subclasse de supernovas dirigidas por uma física mais exótica pode ter um efeito mais dramático no modo como os cosmologistas as usam para medir a expansão do Universo.

“As supernovas são usadas para fazermos conjecturas sobre o destino do Universo e a teoria da gravidade,” afirmou Scalzo. “Se o nosso conhecimento das supernovas mudar, isto poderá impactar significativamente as nossas teorias e futuras previsões.”

Paul Gilster em Centauri Dreams acrescentou:

E é por isso que este novo artigo a estudar um tipo raro de estrela que parece ignorar o limite de Chandrasekhar torna-se o foco enquanto nós discutimos uma questão com uma escala muito mais abrangente. Nós temos especulado sobre a natureza da energia escura por algum tempo nas páginas de Centauri Dreams, até mesmo querendo saber se a energia escura poderia oferecer algum dia uma pista para um futuro projeto de um possível sistema de propulsão, através da mobilização de uma força que parece funcionar contra a gravidade. Agora encontramos evidências de que pelo menos em alguns casos raros, as velas padrão utilizadas neste trabalho podem ser suspeitas. Precisamos descobrir como tais ‘super-supernovas’ podem existir acima do limite de Chandrasekhar e saber se elas existem em número suficiente para comprometer nossas medidas atuais da taxa de expansão do Universo.

Fontes e referências

Centauri Dreams: Um problema com ‘Velas Padrão’?

Physorg.com: Super Supernova: White Dwarf Star System Exceeds Mass Limit

Universidade de Yale: Super Supernova: White Dwarf Star System Exceeds Mass Limit

ArXiv.org: NEARBY SUPERNOVA FACTORY OBSERVATIONS OF SN 2007IF: FIRST TOTAL MASS MEASUREMENT OF A SUPER-CHANDRASEKHAR-MASS PROGENITOR

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