SN 1572: IXPE revela segredos do remanescente de supernova de Tycho

Uma equipe internacional de cientistas descobriu novas informações sobre os restos de uma estrela cuja explosão foi observada há 450 anos. Os resultados forneceram novas pistas sobre como as condições nas ondas de choque criadas por explosões estelares titânicas, chamadas supernovas, aceleram as partículas com velocidades próximas da velocidade da luz.

https://www.nasa.gov/mission_pages/ixpe/feature/nasa-s-ixpe-unlocks-mysteries-of-historic-tycho-supernova.html
Usando dados do Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) da NASA, cientistas descobriram novas informações sobre o remanescente de supernova de Tycho (SN 1572), uma estrela que explodiu na constelação de Cassiopeia, cuja luz foi vista pela primeira vez na Terra em 1572. Os resultados oferecem novas pistas sobre como as ondas de choque criadas por essas explosões estelares titânicas aceleram partículas quase à velocidade da luz e revelam, pela primeira vez, a geometria dos campos magnéticos próximos à onda de explosão da supernova, que forma um limite ao redor do material ejetado, como visto nesta imagem composta. Os dados IXPE (roxo escuro e branco) foram combinados com dados do Observatório de Raios-X Chandra da NASA (vermelho e azul) e sobrepostos com as estrelas no campo de visão, conforme capturado pelo Digitized Sky Survey. Créditos: Raio-X (IXPE: NASA/ASI/MSFC/INAF/R. Ferrazzoli, et al.), (Chandra: NASA/CXC/RIKEN & GSFC/T. Sato et al.) Ótico: DSS Processamento de imagem: NASA /CXC/SAO/K. Arcand, L.Frattare & N.Wolk

O remanescente de supernova em questão é chamado por ‘Tycho’, em homenagem ao astrônomo dinamarquês Tycho Brahe, que notou o brilho de uma nova “estrela” na constelação de Cassiopeia em 1572. Agora, em novo estudo, os astrônomos usaram o Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) da NASA para estudar raios-X polarizados do remanescente de supernova Tycho.

O IXPE revelou, pela primeira vez, a geometria dos campos magnéticos próximos à onda de choque, que ainda se propaga desde a explosão inicial e forma um limite ao redor do material ejetado. Compreender a geometria do campo magnético permite aos cientistas investigar melhor como as partículas são aceleradas ali.

Riccardo Ferrazzoli, pesquisador do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica em Roma, que é um dos parceiros da NASA na missão IXPE, afirmou:

Como uma das chamadas supernovas históricas, Tycho foi observada pela humanidade no passado e teve um impacto social e até artístico duradouro. É emocionante estar aqui, 450 anos após sua primeira aparição no céu, para ver este objeto novamente com novos olhos e aprender com ele.

Riccardo Ferrazzoli

Riccardo Ferrazzoli é o principal autor das recém-publicadas descobertas de Tycho, que aparecem no The Astrophysical Journal.

A medição da polarização de raios-X informa aos cientistas a direção média e a ordem do campo magnético das ondas de luz que compõem os raios-X de uma fonte de alta energia como Tycho. Os raios X polarizados são produzidos por elétrons que se movem no campo magnético em um processo chamado “emissão síncrotron”. A direção de polarização dos raios X pode ser mapeada de volta para a direção dos campos magnéticos no local onde os raios X foram gerados. Essas informações ajudam os cientistas a abordar algumas das maiores questões da astrofísica, como a forma como Tycho e outros objetos aceleram partículas mais próximas da velocidade da luz do que os aceleradores de partículas mais poderosos da Terra.

Patrick Slane, astrofísico sênior do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian em Cambridge, Massachusetts, explicou:

O processo pelo qual um remanescente de supernova se torna um gigante acelerador de partículas envolve uma delicada dança entre a ordem e o caos. Campos magnéticos fortes e turbulentos são necessários, mas o IXPE está nos mostrando que há uma uniformidade ou coerência em larga escala envolvida também, estendendo-se até os locais onde a aceleração está ocorrendo.

Patrick Slane

Durante suas décadas de operação, o Observatório de raios-X Chandra da NASA observou repetidamente o remanescente de supernova Tycho, ajudando os pesquisadores a fazer descobertas marcantes sobre essa fascinante formação. Com sua capacidade de identificar e rastrear a luz de raios-X polarizada, o IXPE se baseia nas bases estabelecidas pelo Chandra. As informações do IXPE permitem aos cientistas entender melhor o processo pelo qual os raios cósmicos, partículas altamente energéticas que permeiam nossa galáxia, são acelerados por remanescentes de supernovas.

O IXPE ajudou a mapear a forma do campo magnético de Tycho com clareza e escala sem precedentes. Embora observatórios anteriores tenham observado o campo magnético de Tycho em ondas de rádio, o IXPE mediu a forma do campo em escalas menores que um parsec, ou aproximadamente 3,26 anos-luz – um tamanho vasto em termos de experiência humana. Tal é o mais próximo que os pesquisadores já chegaram a observar quanto a fonte dos “raios cósmicos” altamente energéticos emitidos por um desses fenômenos distantes. Esta informação é valiosa à medida que os cientistas exploram como as partículas são aceleradas na sequência da onda de choque da explosão inicial.

Os pesquisadores também documentaram semelhanças e diferenças surpreendentes entre as descobertas do IXPE em Tycho e no remanescente de supernova Cassiopeia A, um objeto de estudo anterior. As direções gerais dos campos magnéticos em ambos os remanescentes de supernova parecem ser radiais, esticadas ao longo de uma direção que se estende para fora. Mas Tycho produziu um grau muito maior de polarização de raios-X do que Cassiopeia A, sugerindo que pode possuir um campo magnético mais ordenado e menos turbulento.

A supernova Tycho (SN 1572) foi classificada como do Tipo Ia, que ocorre quando uma estrela anã branca em um sistema binário rouba massa de sua estrela companheira , atinge seu limite crítico de massa (~1.4 M – 2.765×1030 kg – limite de Chandrasekhar [1]) e provoca uma violenta explosão. A obliteração da anã branca envia detritos para o espaço a velocidades tremendas. Acredita-se que tais eventos sejam a fonte da maioria dos raios cósmicos galácticos encontrados no espaço, incluindo aqueles que bombardeiam continuamente a atmosfera da Terra.

http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/tycho-xray-crunched.gif
Evolução da Remanescente de supernova de Tycho. Créditos: em raios-X: NASA/CXC/BSFC/B. Williams et al; no visível: DSS; no rádio – NSF/NRAO/VLA

A própria explosão da supernova Tycho liberou tanta energia quanto o Sol produziria ao longo de 10 bilhões de anos. Esse brilho tornou a supernova Tycho visível a olho nu aqui na Terra em 1572, quando foi avistada por Brahe e outros astrônomos, incluindo possivelmente William Shakespeare, de 8 anos, que iria descrevê-la em uma passagem inicial de “Hamlet” na virada do século XVII.

O IXPE é uma colaboração entre a NASA e a Agência Espacial Italiana com parceiros e colaboradores científicos em 12 países. O IXPE é liderado pelo Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama. A Ball Aerospace, com sede em Broomfield, Colorado, gerencia as operações de espaçonaves junto com o Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado em Boulder.

Nota [1]

O limite de Chandrasekhar é a massa máxima de uma estrela anã branca estável. O valor atualmente aceito do limite de Chandrasekhar é de cerca de 1,4 M☉ (2,765 × 1030 kg). As anãs brancas resistem ao colapso gravitacional principalmente através da pressão de degeneração de elétrons, em comparação com as estrelas da sequência principal, que resistem ao colapso através da pressão térmica. O limite de Chandrasekhar é a massa acima da qual a pressão de degeneração de elétrons no núcleo da estrela é insuficiente para equilibrar a atração interna gravitacional da própria estrela. Consequentemente, uma anã branca com massa maior que o limite está sujeita a um novo colapso gravitacional, evoluindo para um tipo diferente de remanescente estelar, como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. Aqueles objetos com massas até o limite permanecem estáveis ​​como anãs brancas. O limite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff é teoricamente um próximo nível a ser alcançado para que uma estrela de nêutrons colapse em uma forma mais densa, como um buraco negro. O limite de Chandrasekhar foi nomeado em homenagem ao renomado físico teórico Subrahmanyan Chandrasekhar. Chandrasekhar melhorou a precisão do cálculo em 1930, calculando o limite para um modelo politrópico de uma estrela em equilíbrio hidrostático e comparando seu limite com o limite anterior encontrado por E. C. Stoner para uma estrela de densidade uniforme.

Fonte

NASA: NASA’s IXPE Unlocks Mysteries of Historic Tycho Supernova

Artigo Científico

The Astrophysical Journal: X-Ray Polarimetry Reveals the Magnetic-field Topology on Sub-parsec Scales in Tycho’s Supernova Remnant

._._.

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