Um novo método para medir a temperatura dos átomos durante a morte explosiva de uma estrela ajudará os cientistas a entender a onda de choque que ocorre como resultado da explosão de uma supernova. Uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo um cientista da Penn State, observações combinadas de um remanescente de supernova próximo - a estrutura remanescente após a explosão de uma estrela - com simulações para medir a temperatura dos átomos de gás que se movem lentamente ao redor da estrela à medida que são aquecidos pelo material impulsionado para fora pela explosão.

A equipe de pesquisa analisou observações de longo prazo do remanescente de supernova SN1987A usando o Observatório de Raios-X Chandra da NASA e criou um modelo que descreve a supernova. A equipe confirmou que a temperatura mesmo dos átomos mais pesados ​​- que ainda não haviam sido investigados - está relacionada ao seu peso atômico, responder a uma pergunta de longa data sobre ondas de choque e fornecer informações importantes sobre seus processos físicos. Um artigo descrevendo os resultados aparece em 21 de janeiro, 2019, no jornal Astronomia da Natureza .

"As explosões de supernovas e seus remanescentes fornecem laboratórios cósmicos que nos permitem explorar a física em condições extremas que não podem ser duplicadas na Terra, "disse David Burrows, professor de astronomia e astrofísica na Penn State e autor do artigo. "Modernos telescópios astronômicos e instrumentação, tanto no solo quanto no espaço, nos permitiram realizar estudos detalhados de remanescentes de supernovas em nossa galáxia e em 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, logo após o lançamento do Chandra em 1999, e usou simulações para responder a perguntas de longa data sobre ondas de choque. "

A morte explosiva de uma estrela massiva como SN1987A impulsiona o material para fora a velocidades de até um décimo da velocidade da luz, empurrando ondas de choque no gás interestelar circundante. Os pesquisadores estão particularmente interessados ​​na frente de choque, a transição abrupta entre a explosão supersônica e o gás relativamente lento em torno da estrela. A frente de choque aquece esse gás frio e lento a milhões de graus - temperaturas altas o suficiente para que o gás emita raios-X detectáveis ​​da Terra.

"A transição é semelhante à observada em uma pia de cozinha, quando um fluxo de água em alta velocidade atinge a pia, fluindo suavemente para fora até que salta abruptamente de altura e se torna turbulento, "disse Burrows." As frentes de choque foram amplamente estudadas 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. "

A equipe de pesquisa, liderado por Marco Miceli e Salvatore Orlando da Universidade de Palermo, Itália, mediu as temperaturas de diferentes elementos atrás da frente de choque, que irá melhorar a compreensão da física do processo de choque. Espera-se que essas temperaturas sejam proporcionais ao peso atômico dos elementos, mas as temperaturas são difíceis de medir com precisão. Estudos anteriores levaram a resultados conflitantes em relação a essa relação, e não incluíram elementos pesados ​​com alto peso atômico. A equipe de pesquisa recorreu à supernova SN1987A para ajudar a resolver esse dilema.

Supernova SN1987A, que está localizado na constelação próxima chamada Grande Nuvem de Magalhães, foi a primeira supernova visível a olho nu desde a Supernova de Kepler em 1604. É também a primeira a ser estudada em detalhes com instrumentos astronômicos modernos. A luz de sua explosão atingiu a Terra pela primeira vez em 23 de fevereiro, 1987, e desde então tem sido observado em todos os comprimentos de onda da luz, de ondas de rádio a raios-X e ondas gama. A equipe de pesquisa usou essas observações para construir um modelo que descreve a supernova.

Modelos de SN1987A normalmente focam em observações únicas, mas neste estudo, os pesquisadores usaram simulações numéricas tridimensionais para incorporar a evolução da supernova, desde o seu início até a idade atual. Uma comparação das observações de raios-X e do modelo permitiu aos pesquisadores medir com precisão as temperaturas atômicas de diferentes elementos com uma ampla gama de pesos atômicos, e para confirmar a relação que prevê a temperatura atingida por cada tipo de átomo no gás interestelar.

"Agora podemos medir com precisão as temperaturas de elementos tão pesados ​​como o silício e o ferro, e mostraram 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 a nossa compreensão do processo de choque. "