Cassiopeia A : Encontrado ferro no lado externo de supernova

Astrônomos lançaram um novo olhar sobre uma velha supernova e descobriram que ela havia se virado ao avesso durante a explosão. O ferro, que se forma durante a morte das estrelas, geralmente fica no centro dos restos da supernova. Em Cassiopeia A, porém, ele foi encontrado do lado externo.
Essa análise lança também alguma luz sobre um fenômeno chamado de “chute de estrelas de nêutrons”, quando a estrela de nêutrons formada em uma supernova recua durante a explosão.
Cassiopeia A (ou, abreviando, Cas A) é o resultado de uma supernova de núcleo colapsado, um tipo de explosão estelar que atinge apenas estrelas muito massivas. Ela está localizada a 11 mil anos-luz da Terra e explodiu há 330 anos, o que a torna a segunda supernova mais jovem de nossa galáxia.
Como estrelas funcionam à base de hidrogênio, quando já o gastaram todo alguém tem que ceder. O núcleo da estrela começa a colapsar e sua temperatura aumenta no processo, o que significa que a estrela pode começar a fundir hélio em vez de hidrogênio. Todas as estrelas da sequência principal (como o nosso Sol) um dia acabarão por atingir essa fase de “gigante vermelha”.
O que acontece em seguida, no entanto, depende de como elas são. Estrelas muito massivas, com mais de oito vezes a massa do Sol, começam a fundir elementos mais pesados. Elas consomem carbono, oxigênio, néon e silício, enquanto seu núcleo colapsa cada vez mais e suas camadas exteriores se resfriam e expandem. Por fim, o que resta é um núcleo de ferro. A fusão do ferro consome mais energia do que gera, por isso a fusão para.
Agora que não existe mais a pressão externa da fusão, a gravidade assume o controle e a estrela colapsa. Em mais ou menos um segundo o núcleo da estrela encolhe, de algo com aproximadamente o tamanho da Terra, para uma estrela de nêutrons (com cerca de 15km de diâmetro) ou um buraco negro (teoricamente com 0km). As partículas subatômicas que constituíam o núcleo são esmagadas umas contra as outras e prótons e elétrons se transformam em nêutrons e neutrinos.

Esses neutrinos correm para fora da estrela, empurrando as camadas da estrela de volta para o espaço. Esse “salto” de neutrinos dá às camadas caindo em direção ao núcleo da estrela, que agora são uma onda de choque movendo-se para fora, energia suficiente para fundir elementos ainda mais pesados: ouro, prata, platina e até mesmo urânio são formados em supernovas.
Os neutrinos que se formaram durante o colapso da estrela alcançam a Terra antes de vermos qualquer luz – eles ganham uma vantagem enquanto a onda de choque ainda está lutando com as camadas externas da estrela moribunda. A luz é emitida como resultado da onda de choque batendo contra gás e poeira em seu caminho para fora da supernova. Ao estudar essa luz, os astrônomos conseguem identificar os elementos presentes nos remanescentes da explosão. A Cas A, que tinha algo entre 15 e 25 vezes a massa do Sol antes de explodir, seguiu esse caminho, mas algo estranho aconteceu.
O ferro que se formou durante sua morte foi ejetado do centro do que restou da supernova, de acordo com um novo artigo de Uma Hwang, do Goddard Space Flight Centre, em Maryland, e J Martin Laming, do Laboratório de Pesquisa Naval, em Washington, publicado no The Astrophysical Journal.
Uma e Laming estudaram os dados de raios-X da Cas A coletados pelo Observatório de Raios-X Chandra, da Nasa e observaram que vários elementos estavam distribuídos pelos restos da supernova e que todo o ferro que viram estava bem fora de sua região central. “O surpreendente é vermos todo o ferro que esperávamos, mas do lado de fora, com aparentemente nada no centro”, declara Laming.
Nós estamos vendo a Cas A 330 anos depois de sua explosão. Normalmente, não seríamos capazes de ver os dejetos internos tão cedo na evolução de um remanescente estelar. Mas graças a uma estrela companheira que “roubou” parte de seu material, o predecessor do remanescente perdeu muita massa. Isso quer dizer que podemos olhar para dentro da Cas A muito mais cedo do que seria possível em outras circunstâncias.
“A perda de massa permitiu que os choques que iluminam os dejetos nos raios-X escapassem quase completamente da estrela em pouco mais de 300 anos, por isso tantos dejetos podem ser observados”, explicou Uma. “Ainda que a Cas A seja de fato o segundo remanescente de supernova mais jovem de nossa galáxia, ela é praticamente a única supernova de núcleo colapsado que exibe uma emissão significativa de dejetos de ferro”.

Esse golpe de sorte significa que Uma e Laming puderam investigar outro fenômeno associado às supernovas de núcleo colapsado: o “chute” das estrelas de nêutrons.
Há muito se sabe que as estrelas de nêutrons deixadas para trás após a explosão das supernovas afastam-se do centro da explosão. Isso é chamado de “chute” da estrela de nêutrons. Uma e Laming acreditam que esse chute seja gerado por instabilidades no núcleo da supernova. Se o momento for conservado (e ele deve ser, se o chute da estrela de nêutrons acontecer assim), os dejetos se moveriam na direção oposta à da estrela de nêutrons – e isso é exatamente o que eles viram na Cas A. Os dejetos, como um todo, se moveram na direção oposta à da estrela de nêutrons. Mas eles não viram o ferro se movendo nessa direção, o que também seria esperado.
Essa análise, porém, é apenas a primeira tentativa de uma visão detalhada e compreensiva dos dejetos da Cas A, que emitem raios-X. E esperamos que não seja a última. “Acredite se quiser, mas esses dados provavelmente podem gerar um estudo no mínimo quatro vezes mais detalhado, mas é necessária muita mão de obra humana e computadorizada”, declarou Hwang. “Esperamos que alguns teóricos que estão trabalhando com simulações de explosões de colapso de núcleo percebam que há dados por aí que podem começar a por suas teorias a teste”.
O NuSTAR, o primeiro laboratório de raios-X de alta energia, deve ser lançado este ano. Ele deve ser capaz de fornecer dados melhores com os quais os astrônomos possam investigar como a Cas A surgiu e como sua estrela de nêutrons foi chutada.
Além disso, ele ajudará a localizar titânio-44 nos restos da supernova. Esse núcleo radioativo é produzido no mesmo processo que gera o ferro puro – e assim deve ser distribuído da mesma maneira. Laming afirma que as evidências dos dados atuais sugerem que ele não está localizado junto com o ferro nos arredores do que restou da supernova, mas que está, na verdade, em seu centro. Porém, alerta ele, os dados ainda estão confusos e são inconclusivos. O NuSTAR será capaz de produzir imagens do titânio-44 e, com sorte, fornecer respostas mais definitivas. “Se for verdade, será uma surpresa e tanto”, apontou Laming.
O titânio-44 no centro do remanescente estelar poderia dizer algo sobre a presença do ferro ‘invisível’ (ou seja, que não recebeu ondas de choque) que também pode existir por lá, ou poderia fornecer pistas acerca dos detalhes da explosão, ou da natureza da estrela de nêutrons, observou Uma.

 

Concepção artística das camadas internas da estrela que precedeu a Cassiopeia A

Imagem da Cassiopeia A obtida pelo Chandra. O ferro está em azul, e os outros elementos são enxofre (em verde) e magnésio (em vermelho)

 

Fonte : SCIAM

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