Os cientistas encontraram fragmentos de titânio explodindo de uma supernova famosa. Esta descoberta, feito com o Observatório de Raios-X Chandra da NASA, pode ser um grande passo para identificar exatamente como algumas estrelas gigantes explodem.

Este trabalho é baseado em observações do Chandra dos restos de uma supernova chamada Cassiopeia A (Cas A), localizado em nossa galáxia cerca de 11, 000 anos-luz da Terra. Este é um dos mais jovens remanescentes de supernova conhecidos, com uma idade de cerca de 350 anos.

Por anos, os cientistas têm se esforçado para entender como estrelas massivas - aquelas com massa cerca de 10 vezes maior do que a do Sol - explodem quando ficam sem combustível. Este resultado fornece uma nova pista valiosa.

"Os cientistas acham que a maior parte do titânio que é usado em nossas vidas diárias - como na eletrônica ou em joias - é produzida na explosão de uma estrela massiva, "disse Toshiki Sato da Universidade Rikkyo no Japão, quem conduziu o estudo que aparece no jornal Natureza . "Contudo, até agora, os cientistas nunca foram capazes de capturar o momento logo após a fabricação do titânio estável. "

Quando a fonte de energia nuclear de uma estrela massiva se esgota, o centro colapsa sob a gravidade e forma um núcleo estelar denso chamado estrela de nêutrons ou, menos frequentemente, um buraco negro. Quando uma estrela de nêutrons é criada, o interior da estrela massiva em colapso ricocheteia na superfície do núcleo estelar, revertendo a implosão.

O calor desse evento cataclísmico produz uma onda de choque - semelhante a um estrondo sônico de um jato supersônico - que se espalha pelo resto da estrela condenada, produzindo novos elementos por reações nucleares. Contudo, em muitos modelos de computador deste processo, a energia é rapidamente perdida e a jornada da onda de choque para fora paralisa, evitando a explosão da supernova.

Simulações de computador tridimensionais recentes sugerem que os neutrinos - partículas subatômicas de massa muito baixa - feitos na criação da estrela de nêutrons desempenham um papel crucial na condução de bolhas que se afastam da estrela de nêutrons. Essas bolhas continuam impulsionando a onda de choque para disparar a explosão da supernova.

Com o novo estudo de Cas A, a equipe descobriu evidências poderosas para uma explosão impulsionada por neutrino. Nos dados do Chandra, eles descobriram que estruturas em forma de dedo apontando para longe do local da explosão contêm titânio e cromo, coincidindo com fragmentos de ferro previamente detectados com Chandra. As condições necessárias para a criação desses elementos em reações nucleares, como temperatura e densidade, coincidir com as bolhas em simulações que conduzem as explosões.

O titânio que foi encontrado por Chandra na Cas A e que é previsto por essas simulações é um isótopo estável do elemento, o que significa que o número de nêutrons que seus átomos contêm implica que ele não muda por radioatividade para um diferente, elemento mais leve. Anteriormente, os astrônomos usaram o telescópio NuSTAR da NASA para descobrir um isótopo instável de titânio em diferentes locais em Cas A. A cada 60 anos, cerca de metade desse isótopo de titânio se transforma em escândio e depois em cálcio.

"Nunca vimos essa assinatura de bolhas de titânio em um remanescente de supernova antes, um resultado que só foi possível com as imagens incrivelmente nítidas do Chandra, "disse o co-autor Keiichi Maeda, da Universidade de Kyoto, no Japão." Nosso resultado é um passo importante para resolver o problema de como essas estrelas explodem como supernovas. "

"Quando a supernova aconteceu, fragmentos de titânio foram produzidos nas profundezas da estrela massiva. Os fragmentos penetraram na superfície da estrela massiva, formando a borda do remanescente da supernova Cas A, "disse o co-autor Shigehiro Nagataki do RIKEN Cluster for Pioneering Research in Japan.

Esses resultados apóiam fortemente a ideia de uma explosão impulsionada por neutrinos para explicar pelo menos algumas supernovas.

"Nossa pesquisa pode ser o resultado observacional mais importante investigando o papel dos neutrinos na explosão de estrelas massivas desde a detecção de neutrinos da Supernova 1987A, "disse o co-autor Takashi Yoshida, da Universidade de Kyoto, no Japão.

Os astrônomos usaram mais de um milhão e meio de segundos, ou mais de 18 dias, de Chandra observando o tempo de Cas A tomado entre 2000 e 2018. A quantidade de titânio estável produzido em Cas A excede a massa total da Terra.

Esses resultados foram publicados no dia 22 de abril, Edição de 2021 de Natureza . Além de Sato, Maeda, Nagataki e Yoshida, os autores do artigo são Brian Grefenstette (Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, Califórnia), Brian J. Williams (Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland), Hideyuki Umeda (Universidade de Tóquio no Japão), Masaomi Ono (Grupo RIKEN para Pesquisa Pioneira no Japão), e Jack Hughes (Rutgers University em Piscataway, Nova Jersey).

O Marshall Space Flight Center da NASA gerencia o programa Chandra. O Chandra X-ray Center do Smithsonian Astrophysical Observatory controla a ciência de Cambridge Massachusetts e as operações de voo de Burlington, Massachusetts.