(CNN) — Durante seis meses em 1181, uma estrela moribunda deixou uma marca no céu noturno.
O objeto impressionante parecia tão brilhante quanto Saturno nas proximidades da constelação de Cassiopeia, e crônicas históricas da China e do Japão o registraram como uma “estrela convidada”.
Astrônomos chineses usaram esse termo para significar um objeto temporário no céu, geralmente um cometa ou, como neste caso, uma supernova — uma explosão cataclísmica de uma estrela no fim de sua vida.
O objeto, agora conhecido como SN 1181, é uma das poucas supernovas documentadas antes da invenção dos telescópios e tem intrigado os astrônomos há séculos.
Agora, um novo estudo descreveu pela primeira vez a SN 1181 em detalhes, criando um modelo computadorizado da evolução da supernova imediatamente após o surgimento da explosão inicial até hoje. A equipe de pesquisa comparou o modelo com observações de telescópio de arquivo de sua nebulosa — a nuvem gigante de gás e poeira, visível até hoje, que é o remanescente do evento monumental.
Os pesquisadores disseram que a análise sugeriu fortemente que a SN 1181 pertence a uma classe rara de supernovas chamada Tipo Iax, na qual a explosão termonuclear pode ser o resultado não de uma, mas de duas anãs brancas que colidiram violentamente, mas não detonaram completamente, deixando para trás uma “estrela zumbi”.
“Há 20 ou 30 candidatos para supernovas do Tipo Iax”, disse Takatoshi Ko, autor principal do estudo publicado em 5 de julho no The Astrophysical Journal. “Mas esta é a única que conhecemos em nossa própria galáxia.” Ko é um estudante de doutorado em astronomia na Universidade de Tóquio.
Além disso, o estudo também descobriu que, inexplicavelmente, vento estelar de alta velocidade, detectado em estudos anteriores, começou a soprar da superfície da estrela zumbi há apenas 20 anos, aumentando a aura misteriosa da SN 1181. Desvendar o mecanismo por trás desse evento de supernova pode ajudar os astrônomos a entender melhor a vida e a morte das estrelas e como elas contribuem para a formação planetária, dizem os especialistas.
Detonação falhada de uma supernova
Os astrônomos levaram 840 anos para resolver o primeiro grande enigma da SN 1181 — identificar sua localização na Via Láctea. A estrela moribunda foi a última supernova pré-telescópica sem um remanescente confirmado, até que em 2021 Albert Zijlstra, professor de astrofísica na Universidade de Manchester, na Inglaterra, a rastreou até uma nebulosa na constelação de Cassiopeia.
A astrônoma amadora Dana Patchick descobriu a nebulosa em 2013 ao pesquisar o arquivo do Wide-Field Infrared Survey Explorer, ou WISE, da NASA. Mas Zijlstra, que não estava envolvido no novo estudo, foi o primeiro a fazer a conexão com a SN 1181.
“Durante (o pico da) Covid, tive uma tarde tranquila e estava sentado em casa”, disse Zijlstra. “Combinei a supernova com a nebulosa usando registros de antigos catálogos chineses. Acho que isso agora é geralmente aceito — muitas pessoas olharam para isso e concordaram que parece estar correto. Este é o remanescente daquela supernova.”
A nebulosa está a cerca de 7.000 anos-luz de distância da Terra, e em seu centro há um objeto de rotação rápida, do tamanho da Terra, chamado de anã branca — uma estrela densa e morta que esgotou seu combustível nuclear. A característica é incomum para um remanescente de supernova porque a explosão deveria ter obliterado a anã branca.
Zijlstra e seus coautores escreveram um estudo sobre a descoberta em setembro de 2021. O relatório sugeriu que SN 1181 pode pertencer à elusiva categoria Tipo Iax de supernova devido à presença desta anã branca “zumbi”.
Na supernova mais comum do Tipo Ia, uma anã branca que se forma quando uma estrela semelhante ao Sol esgota seu combustível começa a acumular material de outra estrela próxima. Muitas estrelas existem em pares, ou um sistema binário, diferente do Sol. A anã branca acumula material até colapsar sob sua própria gravidade, reacendendo a fusão nuclear com uma explosão massiva que cria um dos objetos mais brilhantes do universo.
O mais raro Tipo Iax é um cenário em que essa explosão, por algum motivo, é interrompida. “Uma possibilidade é que o Tipo Iax não seja tanto uma explosão, mas uma fusão de duas anãs brancas”, disse Zijlstra. “As duas se juntam, batendo uma na outra a toda velocidade, e isso pode gerar muita energia. Essa energia causa o brilho repentino da supernova.”
Essa colisão massiva pode explicar outro aspecto curioso da estrela zumbi SN 1181. Ela não contém hidrogênio ou hélio, o que é altamente incomum no espaço, disse Zijlstra.
“Cerca de 90% do universo consiste em hidrogênio e o resto é quase exclusivamente hélio. Todo o resto é bem raro”, ele disse. “Você precisa procurar 10.000 átomos antes de encontrar um que não seja hidrogênio ou hélio. Mas nossa estrela (o sol no centro do nosso sistema solar) só tem (principalmente) esses. Então, claramente, algo extremo aconteceu com (a estrela zumbi).”
Vento estelar inexplicável
Munidos do conhecimento de onde procurar a SN 1181 e da sugestão de que poderia ser um remanescente do Tipo Iax, Ko e seus colegas começaram a trabalhar para descobrir os segredos restantes.
“Ao rastrear com precisão a evolução temporal do remanescente, fomos capazes de obter propriedades detalhadas da explosão SN 1181 pela primeira vez. Confirmamos que essas propriedades detalhadas são consistentes com uma supernova Tipo Iax”, disse Ko, acrescentando que o modelo de computador no estudo é consistente com observações anteriores do remanescente de telescópios, incluindo o telescópio espacial XMM-Newton da Agência Espacial Europeia e o Observatório de Raios X Chandra da NASA.
A análise de Ko mostra que duas regiões de choque distintas compõem o remanescente da SN 1181. Uma externa se formou quando o material foi ejetado pela explosão da supernova e encontrou o espaço interestelar. Uma interna, mais recente, é mais difícil de explicar.
O estudo sugere que essa região de choque interna pode ser um sinal de que a estrela começou a queimar novamente, séculos após a explosão, levando a uma descoberta surpreendente, acrescentou Ko: O vento estelar de alta velocidade parece ter começado a soprar da superfície da estrela há apenas 20 a 30 anos.
Normalmente, esse fluxo rápido de partículas que os astrônomos chamam de vento estelar deve ser expelido da anã branca como um subproduto da rotação rápida da estrela logo após a explosão da supernova.
“Não entendemos completamente por que a estrela reacendeu e o vento estelar começou tão recentemente”, disse Ko. “Teorizamos que a estrela reacendeu porque a SN 1181 era uma supernova Tipo Iax, que é uma explosão incompleta. Como resultado, o material ejetado pela explosão não escapou completamente e permaneceu dentro da influência gravitacional da anã branca central. Esse material poderia eventualmente ter se acumulado na anã branca devido à sua gravidade, fazendo com que ela reacendesse.”
No entanto, Zijlstra observou que essa teoria contrasta com observações que mostram que o brilho da estrela diminuiu ao longo do último século.
“Não está claro como isso se relaciona com o vento se acendendo”, ele disse. “Eu esperaria que a estrela tivesse brilhado em vez de ter desaparecido.”
Ko e seus colegas estão cientes desse problema. Eles disseram que acreditam que há alguma relação entre o vento e o escurecimento, e estão investigando.
Os pesquisadores estão preparando mais observações da SN 1181 com dois instrumentos que não usaram: o Very Large Array de radiotelescópios no Novo México e o Telescópio Subaru no Havaí.
Esses estudos, disse Ko, ajudarão a informar o conhecimento dos cientistas sobre todas as supernovas.
“As supernovas do tipo Ia foram cruciais na descoberta da expansão acelerada do universo”, ele disse. “Mas, apesar de sua importância, seu mecanismo de explosão permanece desconhecido, tornando-se um dos desafios mais significativos da astronomia moderna.”
Ao estudar a SN 1181 e sua explosão incompleta, ele acrescentou, os cientistas podem obter insights sobre o mecanismo das supernovas do Tipo Ia.
Oportunidade de uma vida
Como objetos como o SN 1181 são importantes para a criação de muitos dos elementos dos quais os humanos também são feitos, estudá-los é uma grande oportunidade, de acordo com Zijlstra.
“Esses eventos muito energéticos podem acumular elementos mais pesados que o ferro, como terras raras”, ele disse. “É valioso ter um exemplo de um evento como esse de 1.000 anos atrás, onde ainda podemos ver os materiais ejetados, e talvez no futuro possamos ver exatamente quais elementos foram criados no evento.”
Esse conhecimento ajudaria os cientistas a entender como a Terra formou e obteve esses elementos, acrescentou Zijlstra.
Historicamente, observações antigas de supernovas têm sido de suma importância para a astrofísica moderna, disse Bradley Schaefer, professor emérito de astrofísica e astronomia na Universidade Estadual da Louisiana, que não esteve envolvido no estudo mais recente.
Schaefer acrescentou que SN 1181 representa uma das poucas conexões confiáveis de supernova para remanescente de supernova. O objeto é importante como o único caso possível para obter boas observações do elusivo Tipo Iax.
“A constatação foi que as supernovas do Tipo Iax constituem aproximadamente 20% das supernovas em qualquer galáxia, incluindo a nossa Via Láctea, e podem formar a maior parte da poeira misteriosa no Universo primitivo”, disse Schaefer em um e-mail.
Durante nossa vida, ele acrescentou, os astrofísicos não obterão nenhum caso melhor observado para um evento do Tipo Iax, então os pesquisadores devem se esforçar para entender a SN 1181.
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