Cientistas revelam a forma da frente de choque da supernova SN 2024ggi

Pela primeira vez, pesquisadores conseguiram determinar o formato da frente de choque de uma supernova no exato momento em que ela atravessou a superfície de uma estrela em seus instantes finais.

Detecção precoce da supernova SN 2024ggi

Observada em erupção de forma excepcionalmente cedo em abril de 2024, a supernova SN 2024ggi - a 23.6 milhões de anos-luz - exibiu por pouco tempo um contorno ovoidal, parecido com uma azeitona, antes de a sua frente de choque colidir com o material ao redor. Esse registro ajuda a preencher lacunas sobre os estágios mais iniciais da evolução de uma supernova.

Essas características não teriam aparecido se o fenómeno tivesse sido identificado apenas um dia depois. O caso reforça o valor científico de detectar supernovas o quanto antes, a capacidade de mobilizar rapidamente instrumentos para apontar para a fonte e a razão de técnicas observacionais diferentes fazerem tanta diferença.

“A geometria de uma explosão de supernova fornece informações fundamentais sobre a evolução estelar e sobre os processos físicos que levam a esses fogos de artifício cósmicos”, afirma a astrofísica Yi Yang, da Universidade Tsinghua, na China, primeira autora do novo artigo que descreve a SN 2024ggi.

Como a morte de uma estrela massiva leva a uma supernova

O fim de uma estrela muito massiva é desencadeado por um processo complexo, iniciado quando o combustível passível de fusão no núcleo começa a acabar. Estrelas vivem num equilíbrio delicado: no centro, átomos leves se fundem para formar elementos mais pesados - hidrogénio em hélio, e assim por diante. Como os produtos dessa fusão têm massa menor do que a soma dos elementos que os originam, a massa “em excesso” se converte em energia, criando a pressão para fora que mantém a estrela estável.

Em estrelas acima de determinada massa, eras a fundir elementos leves em elementos mais pesados acabam por acumular ferro no núcleo - o ponto final da fusão. Produzir elementos mais pesados do que o ferro exigiria mais energia do que libertaria; por isso, o núcleo deixa de conseguir gerar a pressão para fora que sustenta a estabilidade da estrela. Esse é o gatilho para a supernova.

O que se segue é extremamente rápido. A estrela começa a colapsar, e esse colapso produz uma onda de choque que se propaga para dentro na direção do núcleo; ao chegar lá, ela ricocheteia e irrompe para fora, perfurando a camada externa da estrela.

Fase de rompimento do choque: um intervalo curtíssimo

Existe um intervalo muito curto antes de essa onda de choque, ao avançar para fora, atingir o gás mais lento que a estrela havia expelido - como um espirro - nos séculos anteriores à morte.

Essa janela é a fase de rompimento do choque: o instante em que o choque atravessa a superfície estelar, seguido quase de imediato por um clarão que se apaga em horas.

Astrónomos já conseguiram registrar esse momento algumas vezes ao longo dos anos, com níveis variados de detalhe. O que torna as novas observações da SN 2024ggi especiais é o uso de espectropolarimetria com o Telescópio Muito Grande (VLT), do Observatório Europeu do Sul (ESO) - uma técnica que mede a polarização da luz em diferentes comprimentos de onda.

“A espectropolarimetria fornece informações sobre a geometria da explosão que outros tipos de observação não conseguem oferecer, porque as escalas angulares são pequenas demais”, explica o astrónomo Lifan Wang, da Universidade Texas A&M.

O que a espectropolarimetria do VLT revelou na SN 2024ggi

A equipa iniciou as observações espectropolarimétricas da evolução da SN 2024ggi apenas 26 horas após a deteção e manteve o acompanhamento por vários dias. De forma notável, os dados abrangeram a fase de rompimento, mostrando uma onda de choque que não era esférica: ela se apresentava alongada, com aspecto de azeitona - ou de bola de futebol americano - ao longo de um eixo preferencial.

“As primeiras observações com o VLT capturaram a fase em que a matéria acelerada pela explosão perto do centro da estrela atravessou a sua superfície”, diz o astrónomo Dietrich Baade, do Observatório Europeu do Sul. “Por algumas horas, a geometria da estrela e a da explosão puderam ser - e foram - observadas em conjunto.”

À medida que a supernova continuou a evoluir, os astrónomos voltaram a identificar o mesmo padrão no material rico em hidrogénio que se expandia para fora. Isso indica que o formato visto no rompimento do choque não é aleatório; em vez disso, ele parece resultar de um mecanismo de grande escala que mantém um eixo preferencial bem definido desde os estágios iniciais até fases posteriores.

No entanto, quando o choque avançou para dentro do material que a estrela havia perdido nos séculos que antecederam a supernova, esse eixo preferencial mudou - sugerindo que o material ao redor tinha uma orientação diferente da orientação do próprio eixo da explosão.

O significado disso ainda não está claro, mas uma hipótese é que a estrela possa ter (ou tenha tido) uma companheira binária, cuja influência gravitacional teria moldado o modo como ela morreu.

É impressionante que se consiga inferir algo assim a 23.6 milhões de anos-luz de distância.

O estudo foi publicado na Science Advances.