Uma equipe internacional de cientistas, incluindo astrônomos das Universidades de Leicester, Bath e Warwick, encontraram evidências da existência de um 'casulo quente' de material envolvendo um jato relativístico escapando de uma estrela moribunda. Esta pesquisa foi publicada online hoje e impressa em Natureza amanhã.

Um jato relativístico é um fenômeno muito poderoso que envolve jatos de plasma disparados de buracos negros próximos à velocidade da luz, e pode se estender por milhões de anos-luz.

As observações da supernova SN2017iuk feitas logo após seu início mostraram que ela estava se expandindo rapidamente, a um terço da velocidade da luz. Esta é a expansão de supernova mais rápida medida até hoje. O monitoramento do fluxo ao longo de muitas semanas revelou uma diferença clara entre a composição química inicial e a posterior.

Tomados em conjunto, estes são indicadores da presença do muito teorizado casulo quente, preenchendo uma lacuna em nosso conhecimento de como um jato de material escapando de uma estrela interage com o envelope estelar ao seu redor e fornecendo uma ligação potencial entre duas classes previamente distintas de supernovas.

A supernova sinaliza a morte final de uma estrela massiva, no qual o núcleo estelar entra em colapso e as camadas externas são violentamente explodidas. SN2017iuk pertence a uma classe de supernovas extremas, às vezes chamada de hipernovas ou GRB-SNe, que acompanham um evento ainda mais dramático conhecido como explosão de raios gama (GRB).

Na morte estelar, altamente relativista, feixe estreito de material pode ser ejetado dos pólos da estrela, que brilha intensamente primeiro na radiação gama e depois em todo o espectro eletromagnético e é conhecido como GRB.

Até agora, os astrônomos foram incapazes de estudar os primeiros momentos no desenvolvimento de uma supernova deste tipo (um GRB-SN), mas SN2017iuk estava fortuitamente perto - a cerca de 500 milhões de anos-luz da Terra - e a luz GRB era underluminous, permitindo que o próprio SN seja detectável nos primeiros momentos.

Dra. Rhaana Starling, O professor associado do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Leicester disse:"Isso imediatamente pareceu um evento que vale a pena perseguir, como aconteceu em uma galáxia espiral de grande design muito próxima, cosmologicamente falando.

"Quando os primeiros conjuntos de dados chegaram, havia um componente incomum na luz que parecia muito azul, solicitando uma campanha de monitoramento para ver se poderíamos determinar sua origem, seguindo a evolução e tomando espectros detalhados.

"A própria explosão de raios gama parecia bastante fraca, portanto, pudemos ver outros processos que estavam ocorrendo em torno do jato recém-formado, que normalmente são abafados. A ideia de um casulo de gás termalizado criado pelo jato relativístico à medida que perfura a estrela foi proposta e implícita em outros casos, mas aqui estava a evidência de que precisávamos determinar a existência de tal estrutura. "

Uma abordagem coordenada usando um conjunto de observatórios baseados no espaço e na terra foi necessária para monitorar a supernova durante 30 dias e em muitos comprimentos de onda. O evento foi detectado pela primeira vez usando o Observatório Neil Gehrels Swift. Swift é uma missão espacial da NASA em que a Universidade de Leicester é um dos três parceiros, e hospeda seu data center no Reino Unido.

Os dados obtidos com o Observatório de Transientes Ópticos de Ondas Gravitacionais (GOTO) ajudaram a rastrear a luz da supernova, enquanto a espectroscopia foi obtida através de programas de observação dedicados, incluindo iniciativas da Colaboração STARGATE liderada pelo Professor Nial Tanvir na Universidade de Leicester, que usa telescópios de 8 m no Observatório Europeu do Sul.

Professor Tanvir, O professor de Física e Astronomia da Universidade de Leicester disse:"O jato relativístico perfura a estrela como se fosse uma bala sendo disparada de dentro de uma maçã. O que vimos pela primeira vez é totalmente aplicável destroços que explodem após a bala. "

Velocidades de até 115, 000 quilômetros por segundo foram medidos para a supernova em expansão por aproximadamente uma hora após seu início. Uma composição química diferente foi encontrada para a supernova em expansão inicial, quando comparada com o material ejetado posterior, mais rico em ferro. A equipe concluiu que, poucas horas após o início, o material ejetado está vindo do interior, de um casulo quente criado pelo jato.

Os modelos de produção de supernovas existentes provaram ser insuficientes para explicar a grande quantidade de material de alta velocidade medido. A equipe desenvolveu novos modelos que incorporaram o componente cocoon e os considerou uma combinação excelente.

SN2017iuk também fornece um link há muito procurado entre a supernova que acompanha GRBs, e aqueles que não:em supernovas solitárias, fluxos de saída de alta velocidade também foram vistos, com velocidades chegando a 50, 000 quilômetros por segundo, que pode se originar no mesmo cenário do casulo, mas o escape do jato GRB relativístico é de alguma forma impedido.

Supernovas de colapso central sem GRBs são geralmente encontradas muito mais tarde após seu início, dando aos cientistas muito pouca chance de detectar qualquer assinatura de um casulo quente, enquanto as características do casulo em supernovas associadas a GRB são geralmente escondidas pelo brilhante, jato relativístico.

O caso raro de SN2017iuk abriu uma janela para os primeiros estágios deste tipo de fenômeno de supernova, permitindo que a esquiva estrutura do casulo seja observada.