Muitas estrelas explodem como supernovas luminosas quando, inchado com a idade, eles ficam sem combustível para a fusão nuclear. Mas algumas estrelas podem se tornar supernovas simplesmente porque têm uma estrela companheira que, um dia, perturba seu parceiro tanto que ele explode.

Estes últimos eventos podem acontecer em sistemas estelares binários, onde duas estrelas tentam compartilhar o domínio. Embora a estrela em explosão forneça muitas evidências sobre sua identidade, os astrônomos devem se envolver em trabalho de detetive para aprender sobre o companheiro errante que desencadeou a explosão.

Em 10 de janeiro, no encontro da American Astronomical Society 2019 em Seattle, uma equipe internacional de astrônomos anunciou que identificou o tipo de estrela companheira que fez sua parceira em um sistema binário, uma estrela anã branca de carbono-oxigênio, explodir. Por meio de observações repetidas do SN 2015cp, uma supernova a 545 milhões de anos-luz de distância, a equipe detectou fragmentos ricos em hidrogênio que a estrela companheira havia derramado antes da explosão.

"A presença de detritos significa que a companheira era uma estrela gigante vermelha ou uma estrela semelhante que, antes de fazer seu companheiro virar supernova, havia derramado grandes quantidades de material, "disse a astrônoma da Universidade de Washington Melissa Graham, que apresentou a descoberta e é o autor principal do artigo anexo aceito para publicação na Astrophysical Journal .

O material da supernova colidiu com esta camada estelar a 10 por cento da velocidade da luz, fazendo com que brilhe com luz ultravioleta que foi detectada pelo Telescópio Espacial Hubble e outros observatórios quase dois anos após a explosão inicial. Ao procurar evidências de impactos de detritos meses ou anos após uma supernova em um sistema estelar binário, a equipe acredita que os astrônomos puderam determinar se a companheira era uma gigante vermelha bagunçada ou uma estrela relativamente limpa e organizada.

A equipe fez essa descoberta como parte de um estudo mais amplo de um tipo específico de supernova conhecido como supernova Tipo Ia. Eles ocorrem quando uma estrela anã branca de carbono-oxigênio explode repentinamente devido à atividade de uma companheira binária. Anãs brancas de carbono-oxigênio são pequenas, denso e - para estrelas - bastante estável. Eles se formam a partir dos núcleos colapsados ​​de estrelas maiores e, se não for perturbado, pode persistir por bilhões de anos.

As supernovas do tipo Ia têm sido usadas para estudos cosmológicos porque sua luminosidade consistente as torna ideais "faróis cósmicos, "de acordo com Graham. Eles foram usados ​​para estimar a taxa de expansão do universo e serviram como evidência indireta da existência de energia escura.

No entanto, os cientistas não têm certeza de quais tipos de estrelas companheiras podem desencadear um evento Tipo Ia. Muitas evidências indicam que, para a maioria das supernovas Tipo Ia, o companheiro era provavelmente outra anã branca de carbono-oxigênio, que não deixaria resíduos ricos em hidrogênio no rescaldo. No entanto, modelos teóricos têm mostrado que estrelas como gigantes vermelhas também podem desencadear uma supernova Tipo Ia, que poderia deixar detritos ricos em hidrogênio que seriam atingidos pela explosão. Dos milhares de supernovas Tipo Ia estudadas até agora, apenas uma pequena fração foi posteriormente observada impactando material rico em hidrogênio derramado por uma estrela companheira. Observações anteriores de pelo menos duas supernovas Tipo Ia detectaram fragmentos brilhantes meses após a explosão. Mas os cientistas não tinham certeza se esses eventos eram ocorrências isoladas, ou sinais de que as supernovas do Tipo Ia podem ter muitos tipos diferentes de estrelas companheiras.

"Toda a ciência até agora que foi feita usando supernovas Tipo Ia, incluindo pesquisas sobre energia escura e a expansão do universo, assenta no pressuposto de que sabemos razoavelmente bem o que são estes 'faróis cósmicos' e como funcionam, "disse Graham." É muito importante entender como esses eventos são acionados, e se apenas um subconjunto de eventos Tipo Ia deve ser usado para certos estudos de cosmologia. "

A equipe usou observações do Telescópio Espacial Hubble para procurar emissões ultravioletas de 70 supernovas Tipo Ia aproximadamente um a três anos após a explosão inicial.

"Olhando anos após o evento inicial, estávamos procurando por sinais de material chocado que continha hidrogênio, o que indicaria que o companheiro era algo diferente de outra anã branca de carbono-oxigênio, "disse Graham.

No caso do SN 2015cp, uma supernova detectada pela primeira vez em 2015, os cientistas encontraram o que procuravam. Em 2017, 686 dias após a explosão da supernova, O Hubble detectou um brilho ultravioleta de destroços. Esses detritos estavam longe da fonte da supernova - pelo menos 100 bilhões de quilômetros, ou 62 bilhões de milhas, longe. Para referência, A órbita de Plutão leva no máximo 7,4 bilhões de quilômetros de nosso sol.

Ao comparar SN 2015cp com as outras supernovas Tipo Ia em sua pesquisa, os pesquisadores estimam que não mais do que 6% das supernovas do Tipo Ia têm esse companheiro percevejo. Repetido, observações detalhadas de outros eventos Tipo Ia ajudariam a consolidar essas estimativas, Graham disse.

O Telescópio Espacial Hubble foi essencial para detectar a assinatura ultravioleta dos destroços da estrela companheira para o SN 2015cp. No outono de 2017, os pesquisadores providenciaram observações adicionais do SN 2015cp pelo W.M. Observatório Keck no Havaí, o Karl G. Jansky Very Large Array no Novo México, o Very Large Telescope do European Southern Observatory e o Neil Gehrels Swift Observatory da NASA, entre outros. Esses dados provaram ser cruciais para confirmar a presença de hidrogênio e são apresentados em um artigo complementar liderado por Chelsea Harris, um associado de pesquisa na Michigan State University.

"A descoberta e o acompanhamento da emissão do SN 2015cp realmente demonstra como leva muitos astrônomos, e uma grande variedade de tipos de telescópios, trabalhando juntos para entender fenômenos cósmicos transitórios, "disse Graham." É também um exemplo perfeito do papel da serendipidade nos estudos astronômicos:se Hubble tivesse olhado para SN 2015cp apenas um ou dois meses depois, não teríamos visto nada. "

Graham também é membro sênior do DIRAC Institute da UW e analista de ciências do Large Synoptic Survey Telescope, ou LSST.

"No futuro, como parte de suas observações regularmente programadas, o LSST detectará automaticamente emissões ópticas semelhantes a SN 2015cp - de hidrogênio impactado por material de supernovas Tipo Ia, "disse Graham disse." Vai tornar o meu trabalho muito mais fácil! "