Concepção artística de uma supernova com interação de choque. Erupções sucessivas de uma estrela massiva produzem material ejetado com velocidades diferentes:o anel azul corresponde a camadas que se movem lentamente e são perfuradas por material ejetado rápido (vermelho para amarelo) que dispara. A interação dessas massas de gás se dá por meio de ondas de choque que irradiam, que produzem enormes quantidades de luz. Isso explica o fenômeno das Supernovas Superluminosas com requisitos mínimos para o orçamento energético das explosões. Crédito:Kavli IPMU
Em um estudo único, uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo membros do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU), simulou as colisões violentas entre as supernovas e o gás circundante - que é ejetado antes da explosão de uma supernova, emitindo assim um brilho extremo.
Muitas supernovas foram descobertas na última década, com pico de luminosidade uma a duas ordens de magnitude maior do que as supernovas normais de tipos conhecidos. Essas explosões estelares são chamadas de Supernovas Superluminosas (SLSNe).
Alguns deles têm hidrogênio em seus espectros, enquanto alguns outros demonstram falta de hidrogênio. Os últimos são chamados de Tipo I, ou pobre em hidrogênio, SLSNe-I. SLSNe-I desafia a teoria da evolução estelar, uma vez que mesmo as supernovas normais ainda não são completamente compreendidas a partir dos primeiros princípios.
Liderado pela pesquisadora do Instituto Astronômico Sternberg Elena Sorokina, que foi um investigador convidado no Kavli IPMU, e Kavli IPMU Investigador Principal Ken'ichi Nomoto, Associado Científico Sergei Blinnikov, bem como o pesquisador do projeto Alexey Tolstov, a equipe desenvolveu um modelo que pode explicar uma ampla gama de curvas de luz observadas de SLSNe-I em um cenário que requer muito menos energia do que outros modelos propostos.
Os modelos que demonstram os eventos com o orçamento mínimo de energia envolvem múltiplas ejeções de massa em estrelas de presupernova. A perda de massa e o acúmulo de envelopes em torno de estrelas massivas são características genéricas da evolução estelar. Normalmente, esses envelopes são bastante diluídos, e não alteram significativamente a luz produzida na maioria das supernovas.
As curvas de luz da banda u absoluta para um SLSN-I SN 2010gx de desbotamento rápido e para um PTF09cnd de desbotamento lento são mostradas junto com duas curvas de luz calculadas para os modelos N0 e B0 (do artigo de Sorokina et al.), o que demonstra que o cenário de interação pode explicar curvas de luz estreitas e amplas. A curva de luz do SN Ic típico (com luminosidade "normal"), SN 1994I, é traçado para comparação. Crédito:Kavli IPMU
Em alguns casos, grande quantidade de massa é expelida poucos anos antes da explosão final. Então, as "nuvens" em torno das supernovas podem ser bastante densas. As ondas de choque produzidas em colisões de ejeção de supernova e essas conchas densas podem fornecer a energia necessária de luz para tornar a supernova muito mais brilhante do que uma supernova "nua" sem material circundante pré-ejetado.
Esta classe de modelos é conhecida como supernovas "interagentes". Os autores mostram que o cenário de interação é capaz de explicar SLSNe-I com desvanecimento rápido e lento, portanto, a grande variedade desses objetos intrigantemente brilhantes pode, na realidade, ser quase supernovas comuns colocadas em ambientes extraordinários.
Outra extraordinária é a composição química esperada para as "nuvens" circunstelares. Normalmente, o vento estelar consiste principalmente de hidrogênio, porque todas as reações termonucleares acontecem no centro de uma estrela, enquanto as camadas externas são hidrogenadas.
No caso de SLSNe-I, a situação deve ser diferente. A estrela progenitora deve perder seu hidrogênio e uma grande parte do hélio bem antes da explosão, de modo que alguns meses a alguns anos antes da explosão, ele ejeta principalmente carbono e oxigênio, e explodir dentro daquela densa nuvem de CO. Apenas esta composição pode explicar as características espectrais e fotométricas do SLSNe pobre em hidrogênio observado no cenário de interação.
É um desafio para a teoria da evolução estelar explicar a origem de tais progenitores pobres em hidrogênio e hélio e a perda de massa muito intensiva de material de CO pouco antes da explosão final da estrela. Esses resultados foram publicados em um artigo aceito pelo The Astrophysical Journal .
