Supernovas distantes esticam a nossa régua cósmica

2003-04-16

Supernova SN2002dd, no Campo Profundo Norte do Hubble, na constelação da Ursa Maior. Em cima: imagem obtida pelo Hubble com a câmara WFPC2 em 1995. Em baixo: a mesma região em 2002 com a câmara ACS; a seta aponta para a supernova descoberta. Crédito: NASA & John Blakeslee.
Duas supernovas
supernova
Uma supernova é a explosão de uma estrela no final da sua vida. As explosões de supernova são de tal forma violentas e luminosas que o seu brilho pode ultrapassar o brilho de uma galáxia inteira. Existem dois tipos principais de supernova: as supernovas Tipo Ia, que resultam da explosão duma estrela anã branca que, no seio de um sistema binário, rouba matéria da estrela companheira até a sua massa atingir o limite de Chandrasekhar e então colapsa; e as supernovas Tipo II, que resultam da explosão de uma estrela isolada de massa elevada (com massa superior a cerca de 4 vezes a massa do Sol) que esgotou o seu combustível nuclear e expeliu as suas camadas externas, restando apenas um objecto compacto (uma estrela de neutrões ou um buraco negro).
foram descobertas no ano passado pelos astrónomos Z. Tsvetanov (Johns Hopkins University, EUA) e D. Magee (Universidade da Califórnia em Santa Cruz, EUA). A sua identificação resultou da comparação de imagens obtidas pelo telescópio espacial Hubble
Hubble Space Telescope (HST)
O Telescópio Espacial Hubble é um telescópio espacial que foi colocado em órbita da Terra em 1990 pela NASA, em colaboração com a ESA. A sua posição acima da atmosfera terrestre permite-lhe observar os objectos astronómicos com uma qualidade ímpar.
(ESA
European Space Agency (ESA)
A Agência Espacial Europeia foi fundada em 1975 e actualmente conta com 15 países membros, incluindo Portugal.
/NASA
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Entidade norte-americana, fundada em 1958, que gere e executa os programas espaciais dos Estados Unidos da América.
) em 1995, com a câmara WFPC2, e em 2002, já com a câmara ACS (acrónimo do inglês Advanced Camera for Surveys), instalada em Março desse ano.

O estudo destas supernovas prosseguiu sob a lideraça de J. Blakeslee (Johns Hopkins University, EUA), que utilizou a ACS, assim como outros instrumentos do Hubble. A análise das observações levou a sua equipa a concluir que estas supernovas são do tipo Ia (SN Ia) e encontram-se muito distantes, respectivamente a 4,7 e 7,6 mil milhões de anos-luz
ano-luz (al)
O ano-luz (al) é uma unidade de distância igual a 9,467305 x 1012 km, que corresponde à distância percorrida pela luz, no vácuo, durante um ano.
.

A descoberta de supernovas do tipo Ia
supernova Tipo Ia
Uma supernova de tipo I que não apresenta no seu espectro riscas espectrais de hidrogénio e de hélio, mas possui fortes riscas espectrais de silício.
a grandes distâncias é essencial para o estudo da evolução da expansão do Universo ao longo do tempo. Há cerca de cinco anos, os astrónomos foram surpreendidos pelo facto de um estudo de supernovas Ia revelar que as estrelas
estrela
Uma estrela é um objecto celeste gasoso que gera energia no seu núcleo através de reacções de fusão nuclear. Para que tal possa suceder, é necessário que o objecto possua uma massa superior a 8% da massa do Sol. Existem vários tipos de estrelas, de acordo com as suas temperaturas efectivas, cores, idades e composição química.
e as galáxias
galáxia
Um vasto conjunto de estrelas, nebulosas, gás e poeira interestelar gravitacionalmente ligados. As galáxias classificam-se em três categorias principais: espirais, elípticas e irregulares.
estão a afastar-se umas das outras a uma taxa crescente - ou seja, que o Universo se encontra em expansão acelerada. A causa é atribuída à energia escura, que se crê que permeia o Universo.

No entanto, em 2001, uma supernova mais distante descoberta pelo Hubble indiciou que talvez nem sempre o Universo tenha estado em expansão acelerada. Em tempos mais remotos, a gravidade era suficiente para desacelerar a expansão. Depois, a repulsão produzida pela energia escura ultrapassou a força criada pela atracção gravitacional. Mas os dados observacionais relativos ao período de transição entre as duas fases são ainda muito escassos.

A supernova mais distante descrita neste estudo deve ter explodido há quase 8 mil milhões de anos, ou seja, quando o Universo ainda estava a desacelerar. Espera-se que o estudo continuado de supernovas Ia permita completar a história da expansão do Universo. Para isso, a nitidez das imagens, o largo campo de visão e a extraordinária sensibilidade da câmara ACS deverá ajudar em muito, pois estima-se que possibilitará a descoberta de aproximadamente 10 vezes mais supernovas do que as outras câmaras do Hubble.

As supernovas do tipo Ia são estrelas anãs brancas
anã branca
Uma anã branca, sendo o núcleo exposto de uma gigante vermelha, é uma estrela degenerada muito densa na qual se encontra esgotada qualquer fonte de energia termonuclear. As anãs brancas, que constituem uma fase final da evolução das estrelas de pequena massa, representam cerca de 10 % das estrelas da nossa galáxia, e são por isso muito comuns. O nosso Sol passará um dia pela fase de anã branca, altura em que terá um diâmetro de apenas 10 000 km.
que pertenciam a um sistema binário e foram roubando matéria à sua companheira. Quando a sua massa
massa
A massa é uma medida da quantidade de matéria de um dado corpo.
atingiu o o limite de Chandrasekar (1,4 vezes a massa do Sol
Sol
O Sol é a estrela nossa vizinha, que se encontra no centro do Sistema Solar. Trata-se de uma estrela anã adulta (dita da sequência principal) de classe espectral G. A temperatura na sua superfície é aproximadamente 5800 graus centígrados e o seu raio atinge os 700 mil quilómetros.
), o núcleo colapsou e desencadeou uma reacção em cadeia de fusões nucleares. Como resultado, a anã branca explode como supernova e o seu brilho
brilho
O brilho de um astro refere-se à quantidade de luz que dele provém, ou seja, a quantidade de energia por ele emitida por unidade de área por unidade de tempo. Dado que o brilho observado, ou medido, depende da distância ao objecto, distingue-se o brilho aparente (quando medido a uma determinada distância), do brilho intrínseco (conceptualmente medido na supefície do próprio astro).
, durante dias, equivale ao brilho de milhares de milhões de estrelas e é observável a distâncias gigantescas.

As SN Ia explodem sempre quando atingem 1,4 massas solares
massa solar
Massa solar é a quantidade de massa existente no Sol e, simultaneamente, a unidade na qual os astrónomos exprimem as massas das estrelas, nebulosas e galáxias. Uma massa solar é igual a 1,989x1030 kg.
, o que faz com que todas tenham características semelhantes, incluindo o seu brilho intrínseco. Por isso, pertencem ao grupo de objectos denominados de velas padrão, extremamente úteis para estimar distâncias com precisão. O princípio é simples: se medirmos o brilho de uma vela a uma certa distância e depois a afastarmos e voltarmos a medir o seu brilho, constatamos que este é quatro vezes menor por cada vez que duplicamos a distância, isto é, o brilho é inversamente proporcional ao quadrado da distância.

Os astrofísicos utilizam modelos detalhados de formação, evolução e morte das estrelas para calcular o brilho intrínseco das estrelas em certos pontos do ciclo das suas vidas. Sabendo o brilho intrínseco duma estrela e comparando com o brilho aparente observado, pode-se então deduzir facilmente a distância a que a estrela se encontra. É assim que se utilizam as velas padrão como réguas para medir distâncias no céu.

É necessário ter em consideração que outros factores, para além da distância, alteram o brilho das estrelas. Em particular, a poeira que se encontre entre a estrela e o observador obscurece a luz proveniente da estrela. As observações realizadas com o Hubble foram suficientemente completas que possibilitaram uma boa estimativa do efeito da poeira no brilho das supernovas.

O trabalho aqui relatado será publicado em Junho na revista da especialidade The Astrophysical Journal.

Fonte da notícia: http://www.jhu.edu/news_info/news/home03/apr03/supernovae.html
e http://hubblesite.org/newscenter/archive/2003/12/text