EXCLUSIVO: Weizmann: cientista conta como descoberta de supernova contribui para estudos sobre o universo

O fim da vida de uma estrela gigante, muitas vezes com massa pelo menos 10 vezes maior que a do sol, ocorre por meio de uma explosão de brilho intenso. Milhões de vezes maior do que o brilho da própria estrela. Esta explosão é denominada supernova.

A dificuldade para os astrofísicos sempre foi flagrar o exato momento da explosão. Observava-se detalhes do evento depois dele ter ocorrido, com os fragmentos e a luz boiando no universo por meses.

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O Instituto Weizmann da Ciência, de Israel, avançou de forma inédita neste estudo. A equipe do instituto testemunhou em tempo real uma das supernovas mais próximas em décadas: uma supergigante vermelha, que explodiu numa galáxia vizinha chamada Messier 101. Os pesquisadores acompanharam todo o processo, desde o início.

Para tanto, os cientistas admitiram que também tiveram muita sorte. A equipe do professor Avishay Gal-Yam no Departamento de Física de Partículas e Astrofísica do Weizmann, que coordenou o trabalho, solicitou tempo de pesquisa no Telescópio Espacial Hubble da NASA. O objetivo era coletar dados espectrais ultravioleta (UV) de qualquer supernova que esteja interagindo com seu ambiente. E conseguiram detectar a supergigante.

Além de serem arqueólogos espaciais, chegaram ao local durante a ocorrência do evento e reuniram informações instantâneas, sem ficarem restritos aos restos mortais do, como ocorria normalmente.

Em depoimento exclusivo para o portal E21, Erez Zimmerman, mestre em astrofísica e estudante pós-doutoramento na área, ambos pelo Weizmann, deu detalhes do processo. Zimmerman fez parte da equipe do professor Gal-Yam. Confira.

Quais sinais levaram você e sua equipe a detectar a presença da supernova e poder acompanhá-la de perto durante a explosão?

Para esta supernova (SNe) específica, um relatório público foi enviado por Koichi Itagaki, um astrônomo amador que acompanhou a galáxia Messier 101 (M101). O primeiro sinal da supernova foi o aparecimento de uma nova fonte no céu.

Qual foi o procedimento a partir deste relatório?

Assim que o relatório foi publicado, fomos a primeira equipe a classificar esta SNe. Acionamos rapidamente um espectro de classificação e confirmamos essencialmente que se tratava de uma supernova rica em hidrogênio interagindo com o material circundante.

Quais equipamentos foram determinantes para esta descoberta?

Nos últimos anos, nosso campo de estudos foi revolucionado pelo advento de levantamentos robóticos de alta cadência de todo o céu, que nos permitiram descobrir muitas supernovas durante e logo depois do primeiro dia da sua explosão. Esta é uma especialidade particular da nossa equipe, que nos preparou para reagir rapidamente e levou à descoberta de que muitas SNe interagem com o material circunstelar circundante emitido por sua estrela progenitora antes da explosão, uma vez que esta interação dura apenas alguns dias. Para este estudo, a prontidão da nossa equipe foi crucial para obter rapidamente um espectro de classificação do SN2023ixf em uma sexta-feira à noite, por volta da meia-noite, e então acionar o telescópio espacial Hubble o mais rápido possível.

Como seria o trabalho se não houvesse a atual tecnologia para estudos do universo?

Anos atrás, não seríamos capazes de reagir tão rapidamente com um telescópio robótico e não estaríamos cientes da possibilidade de encontrar tais SNe que interagissem com o material circunstelar circundante durante os primeiros dias após a explosão. Por sua vez, isto significaria que o programa Hubble que solicitamos e recebemos um ano antes para observar a interação Supernova-circunstelar não seria possível de ser executado.

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Como a equipe do Weizmann trabalhou com a NASA?

Para acionar com sucesso o Telescópio Espacial Hubble para este programa, tivemos que solicitar tempo no telescópio com antecedência. O programa ao qual nos inscrevemos era um alvo de oportunidade, o que significa que o alvo do programa é desconhecido (uma supernova que ainda não explodiu). Mas,vez encontrado um alvo, poderemos desencadear observações rápidas desta nova supernova para obter espectros UV valiosos. Isto só é alcançável através de tais observações do Telescópio Espacial Hubble. Depois que nosso programa foi selecionado e aprovado, passamos a maior parte do final de 2022 e início de 2023 procurando o alvo certo para este programa. Mal sabíamos que teríamos a sorte de acionar o programa na supernova mais emocionante da década.

Como foi a conduta da NASA nesta descoberta?

A NASA foi extremamente fundamental para o sucesso destas observações, reagindo muito rapidamente assim que enviamos o alerta de gatilho, depois de classificar com sucesso a supernova como um alvo elegível no nosso programa. Eles conseguiram direcionar o Hubble para o alvo assim que foi operacionalmente possível. Isto durante um fim de semana nos EUA. Eles então continuaram a nos auxiliar com observações e condução técnica.

Até que ponto os especialistas em supernovas são “arqueólogos espaciais”?

Ao estudar os primeiros dados da explosão, também podemos descrever processos que ocorreram na estrela antes de explodir. Como as estrelas que explodem são raras (~1 em 100 anos na Via Láctea, por exemplo), esta arqueologia de estrelas mortas é a única maneira viável de aprender o que as estrelas fazem antes de morrer.

Até que ponto esta arqueologia foi necessária para monitorizar uma explosão obtida neste trabalho?

Este tipo de arqueologia espacial foi o foco principal do nosso estudo, no qual tentamos mapear a extensão e a densidade do material ejetado pela estrela progenitora SN2023ixf antes de ela explodir, pintando um quadro do sistema progenitor. Como as supernovas são explosões terminais de estrelas, o seu estudo diz-nos muito sobre as suas estrelas progenitoras. Os elementos que compõem a supernova (observados através da espectroscopia da luz da supernova), representam a composição da estrela progenitora. Assim podemos dizer que tipo de estrela estava lá (e não existe mais). Especificamente, o estudo dos espectros iniciais das supernovas permite capturar a interação entre a explosão e o material que rodeia a estrela em explosão. Este material deve ter sido ejetado pela estrela progenitora (pois não existem outras fontes para tal material), e o mecanismo que cria este material (comum em muitas supernovas) ainda não é compreendido.

Por que foi dado o nome de SN2023ixf à supernova?

Os nomes das supernovas são designados pela União Astronômica Internacional e são compostos pelo prefixo SN, seguido do ano da descoberta e de um conjunto de letras ascendentes com cada supernova descoberta durante o ano

Existe alguma característica específica desta supernova que merece ser ressaltada?

Esta supernova foi especialmente interessante porque estava rodeada por uma quantidade relativamente grande de material quando explodiu, que mapeamos. Mostramos no nosso estudo que esta quantidade de material é tão grande que na verdade atrasou a luz que sai da supernova, o que por si só forneceu uma medida da quantidade de material existente em torno da explosão. Além disso, a proximidade de SN2023ixf permitiu que ela fosse observada em todo o espectro eletromagnético, do infravermelho aos raios-X, permitindo-nos pintar um quadro muito descritivo desta supernova em particular.

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A quantos quilômetros da Terra foi tirado esse retrato?

A galáxia M101, na qual a supernova explodiu, fica a 22 milhões de anos-luz de distância da Via Láctea. Em quilômetros, isso seria cerca de 2 vezes 10 ^ 20 quilômetros, ou seja, 2 com 20 zeros depois.

Que tipo de benefícios esta descoberta deverá trazer para futuros estudos do universo?

Compreender os processos pelos quais as estrelas passam antes da explosão é importante porque as estrelas massivas e as suas supernovas são as principais fontes de elementos pesados ​​como o ferro no universo. Isto inclui o ferro em nosso sangue como exemplo. Além disso, acredita-se que os produtos previstos das supernovas, as estrelas de neutrons, sejam a fonte de elementos ainda mais pesados ​​através de fusões, como o ouro nas nossas jóias ou smartphones e o urânio nos reactores nucleares. Nosso estudo específico criou uma estrutura para estudar supernovas rodeadas por material circunstelar, como SN2023ixf, e os processos que levam à expulsão deste material pela estrela-mãe.

E no que isto implica?

Ao restringir a quantidade de material expelido pela estrela, também podemos prever se o produto da supernova seria um buraco negro ou uma estrela de nêutrons, pois se a estrela tivesse perdido material suficiente, deixaria uma estrela de nêutrons, caso contrário, seria deixaria para trás um buraco negro. A questão de saber quais supernovas deixam para trás estrelas de nêutrons ou buracos negros ainda é uma questão em aberto na astrofísica e é fundamental para a compreensão da origem dos elementos no universo.