Metade de todo o cálcio do universo - incluindo o próprio cálcio em nossos dentes e ossos - foi criado no último suspiro de estrelas moribundas.

Chamado de "supernovas ricas em cálcio, "essas explosões estelares são tão raras que os astrofísicos têm se esforçado para encontrá-las e posteriormente estudá-las. A natureza dessas supernovas e seu mecanismo de criação de cálcio, Portanto, permaneceram indescritíveis.

Agora, uma equipe liderada pela Northwestern University potencialmente descobriu a verdadeira natureza desses raros, eventos misteriosos. Pela primeira vez, os pesquisadores examinaram uma supernova rica em cálcio com imagens de raios-X, que forneceu um vislumbre sem precedentes da estrela durante o último mês de sua vida e explosão final.

As novas descobertas revelaram que uma supernova rica em cálcio é uma estrela compacta que libera uma camada externa de gás durante os estágios finais de sua vida. Quando a estrela explodir, sua matéria colide com o material solto nessa camada externa, emitindo raios-X brilhantes. A explosão geral causa temperaturas intensamente quentes e alta pressão, conduzindo uma reação química que produz cálcio.

"Esses eventos são tão poucos que nunca soubemos o que produziu uma supernova rica em cálcio, "disse Wynn Jacobson-Galan, um estudante de graduação do primeiro ano da Northwestern que liderou o estudo. "Ao observar o que esta estrela fez em seu último mês antes de atingir seu ponto crítico, fim tumultuado, nós olhamos para um lugar anteriormente inexplorado, abrindo novos caminhos de estudo dentro da ciência transitória. "

“Antes deste evento, tivemos informações indiretas sobre o que as supernovas ricas em cálcio podem ou não ser, "disse Raffaella Margutti da Northwestern, um autor sênior do estudo. "Agora, podemos excluir com segurança várias possibilidades. "

A pesquisa será publicada no dia 5 de agosto em The Astrophysical Journal . Quase 70 co-autores de mais de 15 países contribuíram para o artigo.

Margutti é professora assistente de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do CIERA (Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica). Jacobson-Galan é um NSF Graduate Research Fellow no grupo de pesquisa de transitórios de Margutti.

'Uma colaboração global foi iniciada'

O astrônomo amador Joel Shepherd viu pela primeira vez a explosão brilhante, apelidado de SN2019ehk, enquanto observava estrelas em Seattle. Em 28 de abril, 2019, Shepherd usou seu novo telescópio para visualizar Messier 100 (M100), uma galáxia espiral localizada a 55 milhões de anos-luz da Terra. No dia seguinte, um ponto laranja brilhante apareceu no quadro. Shepherd relatou a anomalia a uma pesquisa astronômica da comunidade.

"Assim que o mundo soube que havia uma supernova potencial em M100, uma colaboração global foi iniciada, "Jacobson-Galan disse." Todos os países com um telescópio proeminente voltaram-se para olhar para este objeto. "

Isso incluiu os principais observatórios nos Estados Unidos, como o satélite Swift da NASA, W.M. Observatório Keck no Havaí e Observatório Lick na Califórnia. A equipe Northwestern, que tem acesso remoto ao Keck, foi uma das muitas equipes em todo o mundo que acionaram seus telescópios para examinar SN2019ehk em comprimentos de onda óticos. Daichi Hiramatsu, estudante de graduação da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, foi o primeiro a fazer com que Swift estudasse SN2019ehk em raios-X e ultravioleta. Hiramatsu também é cientista da equipe do Observatório Las Cumbres, que desempenhou um papel crucial no monitoramento da evolução de longo prazo desta supernova com sua rede global de telescópios.

A operação mundial de acompanhamento foi tão rápida que a supernova foi observada apenas 10 horas após a explosão. A emissão de raios-X detectada com o Swift durou apenas cinco dias e então desapareceu completamente.

"No mundo dos transitórios, temos que descobrir coisas muito, muito rápido antes que desapareçam, "Margutti disse." Inicialmente, ninguém estava procurando por raios-X. Daichi percebeu algo e nos alertou sobre a estranha aparência do que parecia ser raios-X. Olhamos as imagens e percebemos que algo estava lá. Era muito mais luminoso do que qualquer pessoa poderia imaginar. Não havia teorias preexistentes que previam que os transientes ricos em cálcio seriam tão luminosos em comprimentos de onda de raios-X. "

'O mais rico dos ricos'

Embora todo o cálcio venha das estrelas, as supernovas ricas em cálcio têm o impacto mais poderoso. Estrelas típicas criam pequenas quantidades de cálcio lentamente através da queima do hélio ao longo de suas vidas. Supernovas ricas em cálcio, por outro lado, produzem grandes quantidades de cálcio em segundos.

"A explosão está tentando esfriar, "Margutti explicou." Ele quer doar sua energia, e a emissão de cálcio é uma maneira eficiente de fazer isso. "

Usando Keck, a equipe da Northwestern descobriu que SN 2019ehk emitiu a maior quantidade de cálcio já observada em um evento astrofísico singular.

"Não era apenas rico em cálcio, "Margutti disse." Era o mais rico dos ricos.

Descobrindo novas pistas

A breve luminosidade do SN2019ehk contou a outro uma história sobre sua natureza. Os pesquisadores da Northwestern acreditam que a estrela derramou uma camada externa de gás em seus dias finais. Quando a estrela explodiu, seu material colidiu com esta camada externa para produzir um explosão energética de raios-X.

"A luminosidade nos diz quanto material a estrela derramou e quão perto esse material estava da estrela, "Jacobson-Galan disse." Neste caso, a estrela perdeu uma quantidade muito pequena de material antes de explodir. Esse material ainda estava por perto. "

Embora o Telescópio Espacial Hubble tenha observado o M100 nos últimos 25 anos, o poderoso dispositivo nunca registrou a estrela - que estava passando por sua evolução final - responsável pelo SN2019ehk. Os pesquisadores usaram as imagens do Hubble para examinar o local da supernova antes da explosão ocorrer e dizem que esta é mais uma pista da verdadeira natureza da estrela.

"Provavelmente era uma anã branca ou uma estrela massiva de massa muito baixa, "Jacobson-Galan disse." Ambos seriam muito fracos.

"Sem esta explosão, você não saberia que alguma coisa esteve lá, "Margutti acrescentou." Nem mesmo o Hubble pôde ver.