As supernovas de Tipo Ia, um dos fenómenos mais fascinantes do Universo, ocorrem quando estrelas pequenas e densas, anãs brancas, explodem com grande intensidade. No seu auge, estas supernovas podem ofuscar uma galáxia inteira. Embora nas últimas décadas tenham sido encontradas milhares de supernovas deste tipo o processo pelo qual uma anã branca se torna numa supernova ainda não foi totalmente compreendido.

Mas isto começou a mudar a 3 de Maio de 2014, quando uma equipa de astrónomos da Caltech a trabalhar num sistema de observação robótico conhecido como iPTF (intermediate Palomar Transient Factory) - uma colaboração de vários institutos liderada por Shrinivas Kulkarni, Professor de Astronomia e Ciências Planetárias e director dos Observatórios ópticos da Caltech - descobriu uma supernova de Tipo Ia, designada por iPTF14atg, na galáxia IC831, localizada a 300 milhões de anos-luz de distância.

Os dados que foram imediatamente recolhidos pela equipa do iPTF ajustaram-se a uma das duas teorias concorrentes sobre a origem das supernovas de anãs brancas, e também sugeriram a possibilidade de existirem na verdade duas populações distintas deste tipo de supernovas.

Os detalhes vêm descritos num artigo cujo principal autor é Yi Cao, da Caltech, e surgem na edição de 21 de Maio da revista Nature.

As supernovas de Tipo Ia são conhecidas como "velas padrão" porque permitem aos astrónomos medir distâncias cósmicas observando o quão ténue elas surgem em relação ao brilho que realmente possuem. É como saber que a uma distância de aproximadamente 1,6 quilómetros uma lâmpada parece 100 vezes mais fraca do que outra localizada a uma distância dez vezes menor. Esta consistência fez destes objectos estelares instrumentos para a medição da aceleração da expansão do Universo, na década de 1990, que deu a três cientistas o Prémio Nobel de Física, em 2011.

Há duas teorias concorrentes para a origem destas supernovas e ambas começam com o mesmo cenário geral: a anã branca, que eventualmente explode, faz parte de um binário de estrelas que orbitam um centro de massa comum. E a interacção entre estas duas estrelas é responsável pelo desencadear da supernova. No entanto, as teorias divergem quanto à natureza desta interacção.

De acordo com uma das teorias, o modelo de degeneração dupla, o companheiro da anã branca que explode é também uma anã branca, e a explosão de supernova inicia-se quando os dois objectos semelhantes se fundem.

Porém, a outra teoria, o modelo de degeneração única, diz que a segunda estrela é do mesmo tipo que o Sol, ou até uma gigante vermelha. Neste caso, a poderosa gravidade da anã branca rouba por acreção material à segunda estrela. Este processo faz aumentar a temperatura e a pressão no centro da anã branca até que se desencadeia uma reacção nuclear que acaba numa espectacular explosão.

A dificuldade em determinar qual dos modelo está correcto resulta da circunstância dos eventos de supernovas serem muito raros na nossa galáxia e de as estrelas envolvidas serem muito ténues antes das explosões.

É aí que o iPTF entra. No monte Palomar, no sul da Califórnia, onde está o telescópio de 48 polegadas Samuel Oschin, a câmara totalmente automatizada do projecto observa cerca de 1000 graus quadrados do céu por noite (aproximadamente 1/20 de o céu visível acima do horizonte), procurando objectos, incluindo supernovas do Tipo Ia, cujo brilho se altera em escalas de tempo que variam de horas a dias.

A 3 de Maio, o iPTF captou imagens de IC831 e transmitiu os dados para serem analisados em computadores no National Energy Research Scientific Computing Center. Como esta primeira análise ocorreu de noite nos Estados Unidos, mas durante o dia na Europa, os colaboradores europeus e israelitas do iPTF foram os primeiros a analisar os resultados, procurando sinais intrigantes. Depois de ter detectado a possível supernova - um sinal que não tinha sido visível nas imagens captadas na noite anterior - a equipa europeia e israelita alertou os seus colegas norte-americanos, incluindo o estudante da Caltech, e membro da equipa iPTF, Yi Cao.

Cao e os colegas mobilizaram então telescópios terrestres e espaciais, incluindo o satélite Swift da NASA, que observa em ultravioleta (UV), para verem mais de perto a jovem supernova.

"Eu e os meus colegas passámos muitas noites sem dormir a projectar o nosso sistema para a pesquisa de emissão ultravioleta proveniente de supernovas recém-nascidas do Tipo Ia ", disse Cao. "Como podem imaginar, fiquei eufórico quando vi pela primeira vez um ponto brilhante na localização desta supernova na imagem de ultravioleta. Era disto que estávamos à espera."

A radiação UV tem mais energia que a luz visível, de modo que é particularmente adequada para observar objectos muito quentes, como supernovas (embora tais observações só sejam possíveis a partir do espaço, uma vez que a atmosfera de da Terra e o ozono absorvem quase toda a radiação UV recebida). O Swift mediu um sinal de radiação UV que inicialmente enfraqueceu, mas depois aumentou à medida que a supernova se tornou brilhante. Como este sinal é de curta duração, pode não ser detectado em pesquisas que examinam o céu com menos frequência que o iPTF.

O sinal ultravioleta observado ajusta-se a um cenário de formação no qual o material ejectado por uma explosão de supernova colide com a estrela companheira, gerando uma onda de choque que inflama o material circundante. Por outras palavras, os dados estão de acordo com o modelo de degeneração única.

Em 2010, Daniel Kasen, um professor associado de astronomia e física na UC Berkeley e no Lawrence Berkeley National Laboratory, usou cálculos teóricos e simulações em supercomputadores para prever um sinal semelhante. "Depois de eu ter feito esta previsão, muita gente tentou procurar essa assinatura", disse Kasen. "Esta é a primeira vez que alguém a viu. E inaugura um método completamente novo de estudar as origens das explosões de estrelas."

Segundo Kulkarni, a descoberta "fornece uma prova directa da existência de uma estrela companheira numa supernova de Tipo Ia, e demonstra que pelo menos algumas supernovas de Tipo Ia têm origem num modelo de degeneração única."

Embora os dados da supernova iPTF14atg se ajustem a um sistema de degeneração única, é possível que outras supernovas de Tipo Ia resultem de sistemas de degeneração dupla. De facto, observações realizadas em 2011 a outra supernova de Tipo Ia, SN2011fe, descoberta na galáxia próxima Messier 101 pelo PTF (o precursor do iPTF), pareciam afastar o modelo de degeneração única. Segundo o professor de astrofísica teórica Sterl Phinney, da Caltech, que não esteve envolvido na pesquisa, isto significa que ambas as teorias podem ser válidas. "A novidade é que parece que os dois conjuntos de modelos teóricos estão certos, e que existem duas populações muito diferentes de supernovas de Tipo Ia."

Fonte da notícia: http://phys.org/news/2015-05-astronomers-supernova-colliding-companion-star.html