O que resta da estrela que explodiu fora de nossa galáxia em 1987? Detritos obscureceram a visão dos cientistas, mas dois telescópios de raios-X da NASA revelaram novas pistas.

Desde que os astrônomos capturaram a explosão brilhante de uma estrela em 24 de fevereiro, 1987, pesquisadores têm procurado o núcleo estelar esmagado que deveria ter sido deixado para trás. Um grupo de astrônomos usando dados de missões espaciais da NASA e telescópios terrestres pode finalmente tê-lo encontrado.

Como a primeira supernova visível a olho nu em cerca de 400 anos, Supernova 1987A (ou SN 1987A para abreviar) gerou grande entusiasmo entre os cientistas e logo se tornou um dos objetos mais estudados no céu. A supernova está localizada na Grande Nuvem de Magalhães, uma pequena galáxia companheira de nossa Via Láctea, apenas cerca de 170, 000 anos-luz da Terra.

Enquanto os astrônomos assistiam à explosão de destroços do local da detonação, eles também procuraram o que deveria ter restado do núcleo da estrela:uma estrela de nêutrons.

Dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA e dados não publicados do Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), em combinação com dados do Atacama Large Millimeter Array (ALMA) relatado no ano passado, agora apresenta uma coleção intrigante de evidências da presença da estrela de nêutrons no centro de SN 1987A.

"Por 34 anos, astrônomos têm vasculhado os fragmentos estelares de SN 1987A para encontrar a estrela de nêutrons que esperamos estar lá, "disse o líder do estudo, Emanuele Greco, da Universidade de Palermo na Itália. "Tem havido muitas dicas que acabaram sendo becos sem saída, mas achamos que nossos resultados mais recentes podem ser diferentes. "

Quando uma estrela explode, ele desmorona sobre si mesmo antes que as camadas externas sejam lançadas no espaço. A compressão do núcleo o torna um objeto extraordinariamente denso, com a massa do Sol comprimida em um objeto com apenas cerca de 10 milhas de diâmetro. Esses objetos foram apelidados de estrelas de nêutrons, porque eles são feitos quase exclusivamente de nêutrons densamente compactados. Eles são laboratórios de física extrema que não podem ser duplicados aqui na Terra.

Estrelas de nêutrons em rotação rápida e altamente magnetizadas, chamados pulsares, produzem um feixe de radiação semelhante a um farol que os astrônomos detectam como pulsos quando sua rotação varre o feixe pelo céu. Existe um subconjunto de pulsares que produzem ventos de suas superfícies - às vezes quase à velocidade da luz - que criam estruturas intrincadas de partículas carregadas e campos magnéticos conhecidos como "nebulosas de vento pulsar".

Com Chandra e NuSTAR, a equipe encontrou raios-X de energia relativamente baixa de detritos do SN 1987A colidindo com o material circundante. A equipe também encontrou evidências de partículas de alta energia usando a capacidade do NuSTAR de detectar raios-X mais energéticos.

Existem duas explicações prováveis ​​para esta emissão energética de raios-X:ou uma nebulosa de vento pulsar, ou partículas sendo aceleradas a altas energias pela onda de choque da explosão. O último efeito não requer a presença de um pulsar e ocorre em distâncias muito maiores do centro da explosão.

O último estudo de raios-X apóia o caso da nebulosa do vento pulsar - o que significa que a estrela de nêutrons deve estar lá - argumentando em algumas frentes contra o cenário de aceleração da onda de choque. Primeiro, o brilho dos raios-X de alta energia permaneceu quase o mesmo entre 2012 e 2014, enquanto a emissão de rádio detectada com o Australia Telescope Compact Array aumentou. Isso vai contra as expectativas para o cenário de onda de choque. Próximo, autores estimam que levaria quase 400 anos para acelerar os elétrons até as energias mais altas vistas nos dados do NuSTAR, que é mais de 10 vezes mais velho do que a idade do remanescente.

"Os astrônomos se perguntam se não passou tempo suficiente para a formação de um pulsar, ou mesmo se SN 1987A criou um buraco negro, "disse o co-autor Marco Miceli, também da Universidade de Palermo. "Este tem sido um mistério permanente por algumas décadas, e estamos muito entusiasmados em trazer novas informações para a mesa com este resultado. "

Os dados do Chandra e do NuSTAR também apóiam um resultado de 2020 do ALMA que forneceu possíveis evidências para a estrutura de uma nebulosa de vento pulsar na faixa de comprimento de onda milimétrica. Embora esse "blob" tenha outras explicações em potencial, sua identificação como uma nebulosa de vento pulsar poderia ser comprovada com os novos dados de raios-X. Esta é mais uma evidência que apóia a ideia de que uma estrela de nêutrons foi deixada para trás.

Se este é realmente um pulsar no centro de SN 1987A, seria o mais jovem já encontrado.

"Ser capaz de assistir a um pulsar essencialmente desde o seu nascimento seria sem precedentes, "disse o co-autor Salvatore Orlando, do Observatório Astronômico de Palermo, um centro de pesquisa do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) na Itália. "Pode ser uma oportunidade única na vida de estudar o desenvolvimento de um pulsar de bebê."

O centro de SN 1987A é cercado por gás e poeira. Os autores usaram simulações de última geração para entender como este material absorveria os raios X em diferentes energias, permitindo uma interpretação mais precisa do espectro de raios-X, isto é, a quantidade de raios-X em diferentes energias. Isso os permite estimar qual é o espectro das regiões centrais do SN 1987A sem o material obscurecedor.

Como costuma acontecer, mais dados são necessários para fortalecer o caso da nebulosa do vento pulsar. Um aumento nas ondas de rádio acompanhado por um aumento nos raios X de energia relativamente alta em observações futuras seria um argumento contra essa ideia. Por outro lado, se os astrônomos observarem uma diminuição nos raios-X de alta energia, então a presença de uma nebulosa de vento pulsar será corroborada.

Os detritos estelares que cercam o pulsar desempenham um papel importante, absorvendo fortemente sua emissão de raios-X de baixa energia, tornando-o indetectável no momento. O modelo prevê que esse material se dispersará nos próximos anos, que irá reduzir seu poder de absorção. Assim, a emissão do pulsar deve surgir em cerca de 10 anos, revelando a existência da estrela de nêutrons.

Um artigo descrevendo esses resultados está sendo publicado esta semana em The Astrophysical Journal , e uma pré-impressão está disponível online.