Quando as estrelas chegam ao fim de seu ciclo de vida, muitas explodem suas camadas externas em um processo explosivo conhecido como supernova. Embora os astrônomos tenham aprendido muito sobre esse fenômeno, graças a instrumentos sofisticados capazes de estudá-los em vários comprimentos de onda, ainda há muita coisa que não sabemos sobre supernovas e seus remanescentes.
Por exemplo, ainda existem perguntas não resolvidas sobre os mecanismos que alimentam as ondas de choque resultantes de uma supernova. No entanto, uma equipe internacional de pesquisadores recentemente utilizou dados obtidos pelo Observatório de Raios-X Chandra de uma supernova próxima (SN1987A) e novas simulações para medir a temperatura dos átomos na onda de choque resultante.
O estudo, intitulado "Aquecimento por choque sem colisão de íons pesados no SN 1987A", apareceu recentemente na revista científica Natureza. A equipe era liderada por Marco Miceli e Salvatore Orlando, da Universidade de Palermo, Itália, e era composta por membros do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), do Instituto de Problemas Aplicados em Mecânica e Matemática e do Estado da Pensilvânia e da Universidade do Noroeste. .
Para o estudo deles, a equipe combinou observações Chandra do SN 1987A com simulações para medir a temperatura dos átomos na onda de choque da supernova. Ao fazer isso, a equipe confirmou que a temperatura dos átomos está relacionada ao seu peso atômico, resultado que responde a uma pergunta antiga sobre as ondas de choque e os mecanismos que as alimentam.
Como David Burrows, professor de astronomia e astrofísica da Penn State e co-autor do estudo, disse em um comunicado à imprensa da Penn State:
“As explosões de supernova e seus remanescentes fornecem laboratórios cósmicos que nos permitem explorar a física em condições extremas que não podem ser duplicadas na Terra. Os telescópios astronômicos modernos e a instrumentação, tanto terrestre quanto espacial, nos permitiram realizar estudos detalhados dos remanescentes de supernovas em nossa galáxia e galáxias próximas. Realizamos observações regulares do remanescente de supernova SN1987A usando o Observatório de Raios-X Chandra da NASA, o melhor telescópio de raios-X do mundo, desde logo após o lançamento do Chandra em 1999, e usamos simulações para responder a perguntas de longa data sobre ondas de choque. ”
Quando estrelas maiores sofrem colapso gravitacional, a explosão resultante impulsiona o material para fora a velocidades de até um décimo da velocidade da luz, empurrando ondas de choque para o gás interestelar circundante. Onde a onda de choque encontra o gás lento que cerca a estrela, você tem a "frente de choque". Essa zona de transição aquece o gás frio a milhões de graus e leva à emissão de raios-X que podem ser observados.
Há algum tempo, os astrônomos estão interessados nesta região da onda de choque de uma supernova, pois marca a transição entre a força explosiva de uma estrela que está morrendo e o gás circundante. Como Burrows comparou:
“A transição é semelhante à observada em uma pia de cozinha quando um jato de água de alta velocidade atinge a bacia, fluindo suavemente para fora até saltar abruptamente de altura e se tornar turbulento. As frentes de choque foram estudadas extensivamente na atmosfera da Terra, onde ocorrem em uma região extremamente estreita. Mas no espaço, as transições de choque são graduais e podem não afetar os átomos de todos os elementos da mesma maneira. ”
Examinando as temperaturas de diferentes elementos por trás da frente de choque de uma supernova, os astrônomos esperam melhorar nossa compreensão da física do processo de choque. Embora se espere que a temperatura dos elementos seja proporcional ao seu peso atômico, é difícil obter medições precisas. Não apenas estudos anteriores levaram a resultados conflitantes, como também falharam em incluir os elementos pesados em suas análises.
Para resolver isso, a equipe procurou a Supernova SN1987A, que está localizada na Grande Nuvem de Magalhães e se tornou aparente em 1987. Além de ser a primeira supernova visível a olho nu desde a Supernova de Kepler (1604), foi a primeira primeiro a ser estudado em todos os comprimentos de onda da luz (de ondas de rádio a raios X e ondas gama) com telescópios modernos.
Enquanto os modelos anteriores do SN 1987A normalmente se baseavam em observações únicas, a equipe de pesquisa usou simulações numéricas tridimensionais para mostrar a evolução da supernova. Eles então os compararam às observações de raios-X fornecidas por Chandra para medir com precisão as temperaturas atômicas, o que confirmou suas expectativas.
"Agora podemos medir com precisão as temperaturas de elementos tão pesados quanto silício e ferro, e demonstramos que eles realmente seguem a relação de que a temperatura de cada elemento é proporcional ao peso atômico desse elemento", disse Burrows. "Este resultado resolve uma questão importante na compreensão das ondas de choque astrofísicas e melhora nossa compreensão do processo de choque".
Este último estudo representa um passo significativo para os astrônomos, aproximando-os da compreensão da mecânica de uma supernova. Ao desvendar seus segredos, podemos aprender mais sobre um processo que é fundamental para a evolução cósmica, que é como a morte das estrelas afeta o Universo circundante.
