Descoberta a primeira supernova a explodir duas vezes

Bem estudadas na teoria e na prática, as supernovas do tipo Ia, também conhecidas como anãs brancas, revelaram-se não tão simples quando os processos foram examinados em detalhes. A modelagem revelou um mecanismo até então desconhecido para a explosão termonuclear de uma anã branca – o método da dupla detonação. Essa descoberta é importante, visto que tais supernovas servem como as chamadas velas padrão – uma medida de distâncias no Universo. Agora, essa “régua” tem uma falha.

Impressão artística das consequências da dupla detonação da supernova SNR 0509-67.5. Crédito da imagem: ESO/P. Das

Nem todas as anãs brancas — os núcleos em resfriamento de estrelas extintas — se tornam supernovas do Tipo Ia. Seus núcleos contêm principalmente carbono e oxigênio, cuja densidade combinada é insuficiente para desencadear uma reação termonuclear. Novamente, uma reação termonuclear em uma anã branca só pode começar quando ela excede uma massa crítica (aproximadamente 1,4 massa solar), o que ocorre quando a matéria se acumula na estrela ou quando ela colide com outro parceiro similar em resfriamento no sistema (e existem muitos, muitos sistemas binários no Universo).

O reativamento da reação termonuclear quando a massa crítica, o limite de Chandrasekhar, é excedida leva a uma reação em cadeia e a uma explosão termonuclear, após a qual a anã branca é desintegrada em átomos. Como todas as características físicas dessas estrelas são aproximadamente as mesmas e as condições para desencadear uma reação termonuclear são as mesmas em todo o Universo, o brilho das supernovas do tipo Ia permanece o mesmo em qualquer ponto do espaço. Esse brilho pode ser usado para determinar a distância até a supernova e os objetos ao seu redor, por exemplo, até a galáxia onde a supernova foi descoberta.

O problema é que as supernovas do Tipo Ia são numerosas o suficiente para ocorrerem apenas por meio de dois mecanismos: fusões estelares e acreção de matéria em uma estrela. A modelagem mostrou que outro mecanismo é possível: uma detonação dupla. Algo deve empurrar o núcleo em resfriamento de uma anã branca para explodir, como acontece em uma bomba termonuclear, através de uma camada em contração.

A parte externa do núcleo da anã branca pode acumular excesso de hélio, o que pode levar a uma reação termonuclear, ou hélio adicional pode ser retirado de uma estrela vizinha que ainda não se tornou uma anã branca. Em ambos os casos, a essência é a mesma: o acúmulo de uma massa crítica de matéria na parte externa do núcleo da anã branca, capaz de iniciar uma reação termonuclear e produzir uma explosão – a detonação primária. A explosão direcionada para dentro comprime o núcleo da estrela, iniciando nele uma reação termonuclear a partir de elementos mais pesados ​​– ocorre uma segunda detonação.

Modelos mostraram que a primeira e a segunda detonações sintetizam cálcio nos estágios iniciais do processo. Em seguida, outros elementos são sintetizados, mas as camadas de cálcio precisam ser claras o suficiente para serem detectadas por nossos instrumentos. Também fazia sentido procurar uma supernova que tivesse explodido há tempo suficiente para que as duas camadas de cálcio estivessem distantes no espaço e pudessem ser distinguidas.

Distribuição de cálcio no remanescente de supernova SNR 0509-67.5. Crédito da imagem: ESO/P. Das

Um candidato promissor para a detecção de uma supernova de “explosão dupla” é o objeto SNR 0509-67.5, localizado na vizinha Grande Nuvem de Magalhães. Esses remanescentes têm aproximadamente 300 anos. Astrônomos do Observatório Europeu do Sul (ESO) observaram os remanescentes dessa supernova com o espectrômetro MUSE do Very Large Telescope. A análise dos dados revelou duas camadas distintas de íons de cálcio se afastando do ponto de explosão. Esta foi a primeira confirmação prática de um mecanismo até então desconhecido para a explosão de supernovas do Tipo Ia: uma detonação dupla.

Esta descoberta afeta obviamente todas as medições que utilizam supernovas do Tipo Ia para determinar a distância. No caso de uma detonação dupla, o brilho do evento será menor devido à menor massa da anã branca que explodiu. Assim, o objeto parecerá estar mais distante do que realmente está. Além disso, uma explosão desse tipo pode detonar outra anã branca próxima, que será impossível de distinguir se estiverem suficientemente próximas. Isso gerará um erro na outra direção, pois o brilho de tal evento será maior do que o normal.

Os cientistas parecem ter encontrado a resposta para um dos mistérios, mas isso trouxe ainda mais confusão aos fenômenos conhecidos.