Raios-X podem ser os primeiros sinais do nascimento de uma supernova

2012-12-12

GRB 080913, uma supernova distante detectada pelo Swift. Esta imagem combina a observação através do ultravioleta e do óptico, que mostra estrelas brilhantes, com a de raios-X. Crédito: NASA / Swift / Stefan Immler.
Uma equipa de astrónomos, liderada pela Universidade de Leicester, descobriu novos dados que sugerem que os detectores de raios-X
raios-X
A radiação X é a radiação electromagnética cujo comprimento de onda está compreendido entre o ultravioleta e os raios gama, ou seja, pertence ao intervalo de aproximadamente 0,1 Å a 100 Å. Descobertos em 1895, os raios-X tambêm são, por vezes, chamados de raios de Röntgen em homenagem ao seu descobridor. A radiação X é altamente penetrante, o que a torna muito útil, por exemplo, para obter radiografias.
no espaço podem ser os primeiros a testemunhar o surgimento de 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).
.

Os astrónomos mediram um valor extra de raios-X nos primeiros minutos do colapso de 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.
de grande massa
massa
A massa é uma medida da quantidade de matéria de um dado corpo.
, que pode ser o sinal da primeira onda de choque
onda de choque
Uma onda de choque é uma variação brusca da pressão, temperatura e densidade de um fluído, que se desenvolve quando a velocidade de deslocação do fluído excede a velocidade de propagação do som.
da supernova a escapar da estrela.

Os resultados surgiram como uma surpresa para o Dr. Rhaana Starling, do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Leicester, cuja pesquisa foi publicada na Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

"As estrelas de maior massa podem ser dezenas e até centenas de vezes maiores que o 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.
. Quando uma dessas gigantes gasta o seu hidrogénio, entra em colapso de uma forma catastrófica e explode como uma supernova, expulsando para o espaço as suas camadas exteriores que enriquecem o Universo” explica o Dr. Starling. E acrescenta: “Mas esta não é uma supernova comum; na explosão, fluxos comprimidos de matéria são forçados a sair dos pólos da estrela quase à velocidade da luz
velocidade da luz
A velocidade da luz é a rapidez com que se propagam as ondas luminosas (ou radiação electromagnética). No vácuo, é igual a 299 790 km/s, sendo independente do referencial considerado.
. Estes jactos, chamados relativistas, dão origem a breves fulgurações de raios gama
fulguração de raios gama
Uma fulguração de raios gama é uma potentíssima explosão, com consequente libertação de fotões gama, que ocorre em direcções aleatórias no céu. Descobertas acidentalmente nos anos 1960, sabe-se que algumas delas estão associadas a um tipo particular de supernovas, as explosões que marcam o fim da vida de uma estrela de massa elevada.
, que são captadas por instrumentos de monitorização no espaço, que, por sua vez, alertam os astrónomos."

Sabe-se que as fulgurações
fulguração
Uma fulguração é uma libertação de energia de forma explosiva da qual resulta um aumento rápido do brilho do astro no qual ocorre. São exemplo deste tipo de fenómenos as fulgurações solares, associadas às manchas solares, bem como as fulgurações de raios-X, que ocorrem em estrelas de neutrões, e de raios gama, que se sabe estarem relacionadas com as explosões de supernova.
de raios gama
raios gama
Os raios gama são a componente mais energética e mais penetrante de toda a radiação electromagnética. Os fotões gama possuem energias elevadíssimas, tipicamente superiores a 10 keV, às quais correspondem comprimentos de onda inferiores a umas décimas do Ångstrom. Este tipo de radiação é, por exemplo, emitido espontaneamente por núcleos atómicos de algumas substâncias radioactivas.
surgem durante a morte de estrelas porque se associam à observação, cerca de 10 a 20 dias depois, de supernovas, pelos telescópios ópticos terrestres. Mas o verdadeiro momento de nascimento de uma supernova, quando a superfície da estrela reage ao colapso do núcleo, acontece demasiado depressa e nunca é observado. Apenas as supernovas com maior energia ocorrem em simultâneo com fulgurações de raios gama, e para esta subclasse pode ser possível identificar os sinais de raios-X dos primeiros momentos da supernova. Se a supernova puder ser detectada mais cedo, usando o sistema de alerta precoce de raios-X, os astrónomos poderão seguir o fenomeno e identificar o que está por detrás de um dos eventos mais violentos do Universo.

Os detectores de raios-X utilizados nesta pesquisa, parcialmente construídos no Reino Unido, na Universidade de Leicester, estão no telescópio de raios-X a bordo do satélite Swift
Swift Gamma-ray Burst Explorer
O observatório espacial Swift é uma missão da NASA em colaboração com outros países, lançada em Novembro de 2004 e com uma duração prevista de 2 anos. O objectivo é estudar as fulgurações de raios gama em vários comprimentos de onda. Para tal, conta com três instrumentos: o Burst Alert Telescope (BAT), que monitoriza o céu em raios gama à procura das fulgurações, o telescópio de raios-X XRT e o telescópio óptico e ultravioleta UVOT.
. Dados obtidos pelo Swift de uma série de fulgurações de raios gama com supernovas visíveis mostraram um valor extra de raios-X em comparação com o esperado. Este excedente é emissão térmica, também conhecida como radiação
radiação electromagnética
A radiação electromagnética, ou luz, pode ser considerada como composta por partículas (os fotões) ou ondas. As suas propriedades dependem do comprimento de onda: ondas ou fotões com comprimentos de onda mais longos traduzem radiação menos energética. A radiação electromagnética, ou luz, é usualmente descrita como um conjunto de bandas de radiação, como por exemplo o infravermelho, o rádio ou os raios-X.
do corpo negro.

O Dr. Starling explica: "Ficámos surpresos ao encontrar raios-X térmicos provenientes de uma explosão de raios gama, e ainda mais quando percebemos que todos os casos até agora confirmados são aqueles em que temos a identificação segura de uma supernova nos dados ópticos. Este fenómeno só se observa durante os primeiros mil segundos de um evento, e é um desafio distingui-lo da emissão de raios-X relacionada com jacto da explosão de raios gama. Por esta razão, não terá sido detectado antes pelos astrónomos, em observações de rotina, e apenas um pequeno subconjunto das mais de 700 fulgurações que detectamos com Swift o mostra."

"Tudo depende da certeza em identificar a radiação extra de raios-X como directamente proveniente da frente de choque da supernova, e não dos jactos relativistas ou do buraco negro
buraco negro
Um buraco negro é um objecto cuja gravidade é tão forte que a sua velocidade de escape é superior à velocidade da luz. Em Astronomia, distinguem-se dois tipos de buraco negro: os buracos negros estelares, que resultam da morte de uma estrela de massa elevada, e os buracos negros galácticos, que existem no centro das galáxias activas.
central. Se a radiação vier afinal do motor de explosão de raios gama alimentado pelo buraco negro central, ainda será um resultado muito elucidativo para a física das fulgurações de raios gama, mas a forte associação às supernovas é algo muito tentador."

A equipa, que compreende cientistas do Reino Unido, Irlanda, EUA e Dinamarca, planeia estender as buscas e estabelecer comparações mais quantitativas com modelos teóricos, tanto do colapso estelar como da dinâmica dos jactos velozes.

Os astrónomos vão continuar a observar supernovas no seu pico de luz visível
radiação visível
A radiação visível é a região do espectro electromagnético que os nossos olhos detectam, compreendida entre os comprimentos de onda de 350 e 700 nm (frequências entre 4,3 e 7,5x1014Hz). Os nossos olhos distinguem luz visível de frequências diferentes, desde a luz violeta (radiação com comprimentos de onda ~ 400 nm), até à luz vermelha (com comprimentos de onda ~ 700 nm), passando pelo azul, anil, verde, amarelo e laranja.
, quando já tiverem dezenas de dias, mas para as mais enérgicas pode tornar-se possível a prática de testemunhar o momento do seu nascimento, através de observações de raios-X.

Fonte da notícia: http://www.ras.org.uk/news-and-press/219-news-2012/2199-x-ray-vision-can-reveal-the-moment-of-birth-of-violent-supernovae