Cientistas capturaram raios gama de uma supernova superluminosa pela primeira vez – e eles foram associados ao nascimento de um magnetar.

O Observatório Espacial de Raios Gama Fermi da NASA detectou assinaturas de radiação gama da supernova superluminosa SN 2017egm na galáxia NGC 3191. A explosão ocorreu a aproximadamente 440 milhões de anos-luz da Terra e pode ter sido energizada por um magnetar — uma estrela de nêutrons com um campo magnético excepcionalmente forte, originada do colapso do núcleo de uma estrela massiva. Os resultados do estudo foram publicados na revista Astronomy & Astrophysics.

Fonte da imagem: Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA

A SN 2017egm é uma supernova de colapso de núcleo. Essas explosões ocorrem no final da vida de estrelas massivas: sua região central perde estabilidade, colapsa abruptamente sob sua própria gravidade e pode deixar para trás uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. No caso de uma estrela de nêutrons, o núcleo, com uma massa de uma a duas massas solares, colapsa para um raio de cerca de 20 km.

Estrelas de nêutrons são compostas de matéria de densidade enorme: uma colher de chá dessa matéria pesaria cerca de 10 milhões de toneladas na Terra, comparável à massa de 350 Estátuas da Liberdade. Após o colapso, o remanescente estelar pode girar a velocidades de até 700 rotações por segundo. Se seu campo magnético aumentar drasticamente durante esse processo, nasce um magnetar — um dos objetos magnéticos mais poderosos do Universo conhecido.

Cientistas acreditam que um magnetar poderia explicar o brilho incomum da SN 2017egm. Supernovas superluminosas emitem mais de 10 vezes mais luz na faixa visível do que supernovas típicas de colapso de núcleo. De acordo com uma teoria, sua energia extra provém de um magnetar com um campo magnético aproximadamente 1.000 vezes mais forte do que o de estrelas de nêutrons “comuns”.

Esta imagem mostra a supernova SN 2017egm em dois comprimentos de onda: luz visível no detalhe e emissão de raios gama registrada pelo telescópio espacial Fermi ao fundo. Crédito da imagem: NASA / DOE / Colaboração Fermi LAT e Acero et al. 2026, NOT+ALFSOC / Bose et al. 2020

A equipe de pesquisa comparou a emissão óptica e de raios gama da SN 2017egm com modelos calculados das partículas e da radiação de um magnetar recém-nascido. Um papel fundamental nesses modelos é desempenhado pela nebulosa de vento do magnetar — uma nuvem de elétrons e pósitrons ejetada pelo magnetar em rápida rotação. Quando partículas de matéria encontram suas antipartículas, ocorre a aniquilação: a energia liberada é emitida na forma de raios gama. Os raios gama colidem então com a camada externa dos detritos da supernova e são convertidos em luz visível de menor energia.

“Durante quase 20 anos, os astrônomos têm buscado nos dados do Fermi sinais de raios gama provenientes de milhares de supernovas e, embora várias assinaturas intrigantes tenham sido relatadas, até agora nenhuma havia sido conclusiva”, disse o líder da equipe de pesquisa, Fabio Acero, da Universidade Paris-Saclay.

A equipe buscou emissão de raios gama de seis supernovas superluminosas próximas, registradas durante os primeiros 16 anos de observações do Fermi. Sinais de tal emissão foram detectados apenas na SN 2017egm. A luz desse evento levou aproximadamente 440 milhões de anos para chegar à Terra, mas, em termos cósmicos, ela permanece uma das supernovas de colapso de núcleo mais próximas já registradas.

O brilho de raios X de Swift J1834.9-0846, no centro do remanescente de supernova W41, origina-se da primeira nebulosa de vento de magnetar detectada, delineada pelo contorno. Crédito da imagem: ESA/XMM-Newton e Younes et al. 2016.

De acordo com Acero, aproximadamente três meses após o colapso, à medida que os detritos da supernova esfriam, raios gama podem começar a emergir. O modelo de magnetar fornece uma boa explicação para a luminosidade da supernova e o momento da emissão de raios gama nos primeiros meses após a explosão, mas requer refinamento nos estágios posteriores, quando a luz visível se dissipa de forma irregular.

A equipe também avaliou o potencial para futuras observações com o Observatório de Telescópios Cherenkov (CTAO), uma instalação de astronomia de raios gama terrestre que buscará radiação de alta energia proveniente de fontes cósmicas. Segundo os cálculos dos pesquisadores, em 50 horas de observações, os telescópios do CTAO no Observatório Paranal e na Ilha de La Palma, na Espanha, serão capazes de detectar explosões semelhantes à SN 2017egm a uma distância de aproximadamente 500 milhões de anos-luz.