Pela primeira vez, cientistas captam o momento em que uma supernova destrói a sua estrela

Pela primeira vez, os cientistas conseguiram determinar a forma da frente de choque de uma supernova no momento em que rompeu a superfície da sua estrela moribunda.

Detetada de forma excecionalmente precoce em abril de 2024, a 23,6 milhões de anos-luz de distância, a supernova SN 2024ggi mostrou durante breves instantes uma forma ovóide, quase azeitada, antes de a sua frente de choque colidir com o material em redor - uma observação que ajuda a esclarecer algumas das lacunas sobre as fases mais iniciais da evolução de uma supernova.

Se o evento tivesse sido apanhado apenas um dia mais tarde, estes detalhes já não seriam visíveis, o que sublinha o valor científico da deteção precoce de supernovas, a rapidez necessária para mobilizar os instrumentos e a importância de recorrer a diferentes técnicas de observação.

"A geometria de uma explosão de supernova fornece informação fundamental sobre a evolução estelar e sobre os processos físicos que conduzem a estes fogos de artifício cósmicos", diz o astrofísico Yi Yang, da Universidade de Tsinghua, na China, primeiro autor do novo artigo que descreve a SN 2024ggi.

A morte de uma estrela massiva é um processo complexo, desencadeado pelo esgotamento do combustível fusível no núcleo dessa estrela. As estrelas mantêm um equilíbrio delicado. Fundem átomos mais leves no núcleo para criar elementos mais pesados - hidrogénio em hélio, e assim sucessivamente. Como os produtos dessa fusão têm menos massa do que os elementos que lhes deram origem, a massa em excesso transforma-se na energia que gera a pressão para fora e mantém a estrela estável.

Nas estrelas acima de certa massa, eras de fusão de elementos leves em elementos cada vez mais pesados acabam por encher os seus núcleos de ferro - o ponto final da fusão. Como produzir elementos mais pesados do que o ferro exigiria mais energia do que a que libertaria, o núcleo deixa de conseguir gerar a pressão exterior que mantém a estrela estável. Esse é o gatilho para uma supernova.

O que acontece a seguir dá-se muito depressa. A estrela começa a colapsar para dentro, gerando uma onda de choque que se propaga em direção ao núcleo, onde rebate e irrompe para o exterior, atravessando a superfície da estrela.

Existe uma janela muito curta antes de este choque em expansão colidir com o gás que a estrela expulsara, mais lentamente, nos séculos anteriores à sua morte.

Esta breve janela é a fase de shock breakout - o momento em que o choque rompe a superfície da estrela, seguido rapidamente por um clarão de luz que desaparece em poucas horas.

Os astrónomos já a tinham captado algumas vezes ao longo dos anos, com diferentes graus de detalhe. O que distingue as novas observações da SN 2024ggi é a espectropolarimetria feita com o Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul - uma técnica que mede a polarização da luz ao longo de um conjunto de comprimentos de onda.

"A espectropolarimetria fornece informação sobre a geometria da explosão que outros tipos de observação não conseguem oferecer, porque as escalas angulares são demasiado pequenas", explica o astrónomo Lifan Wang, da Texas A&M University.

Os investigadores começaram as observações espectropolarimétricas da evolução da SN 2024ggi apenas 26 horas depois de ter sido detetada e continuaram a observá-la durante vários dias. Notavelmente, as medições captaram a fase de breakout, revelando uma onda de choque que não era esférica, mas alongada numa forma de azeitona ou de bola de râguebi ao longo de um eixo preferencial.

"As primeiras observações no VLT captaram a fase durante a qual a matéria acelerada pela explosão perto do centro da estrela atravessou a superfície estelar", diz o astrónomo Dietrich Baade, do Observatório Europeu do Sul. "Durante algumas horas, a geometria da estrela e da sua explosão pôde ser observada em conjunto, e foi mesmo observada."

À medida que a supernova continuou a evoluir, os astrónomos voltaram a ver essa mesma forma no material rico em hidrogénio que foi lançado para o exterior. Isto sugere que a forma da fase de breakout não é aleatória, sendo antes conduzida por um mecanismo em grande escala que preserva esse eixo preferencial bem definido desde as fases iniciais até à evolução posterior.

No entanto, quando o choque se propagou para o material que a estrela tinha perdido nos séculos anteriores à supernova, o eixo preferencial mudou - o que sugere que o material envolvente tinha uma orientação diferente da do eixo próprio da explosão.

Não é claro o que isto significa, mas uma hipótese é que a estrela possa ter tido, ou ainda tenha tido, uma companheira binária cuja influência gravitacional moldou a sua morte.

Não deixa de ser impressionante conseguir concluir isto a 23,6 milhões de anos-luz de distância.

O estudo foi publicado na Science Advances.