Cientistas mapeiam a frente de choque da supernova SN 2024ggi a 23,6 milhões de anos-luz

Pela primeira vez, cientistas conseguiram determinar o formato da frente de choque de uma supernova no instante em que ela rompeu a superfície de uma estrela no fim da vida.

A supernova SN 2024ggi foi identificada em erupção de forma excepcionalmente precoce em abril de 2024, a 23,6 milhões de anos-luz de distância. Por um breve período, ela exibiu um contorno ovalado, parecido com uma azeitona, antes de a frente de choque colidir com o material ao redor - um registro que ajuda a completar lacunas sobre os estágios mais iniciais da evolução de supernovas.

Essas características não teriam ficado aparentes se o evento tivesse sido observado apenas um dia depois. Isso reforça o valor científico de detectar supernovas cedo, a rapidez para acionar instrumentos e apontá-los ao alvo, e também por que diferentes técnicas de observação fazem diferença.

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

Por que estrelas massivas explodem

A morte de uma estrela massiva é um processo complexo, desencadeado pela falta de combustível fusível no núcleo. Estrelas dependem de um equilíbrio delicado: elas fundem átomos mais leves no interior para formar elementos mais pesados - hidrogénio em hélio, e assim por diante. Como os produtos dessa fusão têm massa menor do que a soma dos elementos que os compõem, a massa “que sobra” é convertida em energia, fornecendo a pressão para fora que mantém a estrela estável.

Em estrelas acima de certa massa, eras de fusão de elementos leves em pesados acabam por encher o núcleo de ferro - o ponto final da fusão. Como produzir elementos mais pesados do que o ferro exigiria mais energia do que liberaria, o núcleo deixa de conseguir gerar a pressão para fora que sustenta a estabilidade da estrela. Esse é o gatilho para uma supernova.

Daí em diante, tudo acontece depressa. A estrela passa a implodir, gerando uma onda de choque que se propaga para o interior em direção ao núcleo; em seguida, ela ressalta e explode para fora, abrindo caminho pela camada externa da estrela.

A fase de rompimento do choque (shock-breakout)

Existe um intervalo muito curto até que esse choque, avançando para fora, se choque com o gás mais lento que a estrela havia “expelido” ao longo dos séculos anteriores à morte.

Esse intervalo é a fase de rompimento do choque (shock-breakout): o momento em que a frente de choque atravessa a superfície estelar, seguido quase de imediato por um clarão que diminui em questão de horas.

Astrônomos já registraram essa fase algumas vezes ao longo dos anos, com diferentes níveis de detalhe. O que faz as novas observações da SN 2024ggi chamarem atenção é o uso de espectropolarimetria com o Very Large Telescope, do Observatório Europeu do Sul (ESO) - uma técnica que mede a polarização da luz em uma faixa de comprimentos de onda.

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

Espectropolarimetria com o Very Large Telescope (VLT) na SN 2024ggi

A equipa iniciou as observações espectropolarimétricas da evolução da SN 2024ggi apenas 26 horas após a detecção e manteve o acompanhamento por vários dias. De forma notável, as medições apanharam a fase de rompimento, mostrando uma onda de choque que não era esférica: ela estava alongada num formato semelhante a uma azeitona ou a uma bola de futebol, alinhada a um eixo preferencial.

"As primeiras observações com o VLT capturaram a fase durante a qual a matéria acelerada pela explosão perto do centro da estrela atravessou a superfície estelar", diz o astrônomo Dietrich Baade, do Observatório Europeu do Sul. "Por algumas horas, a geometria da estrela e a de sua explosão puderam ser, e foram, observadas juntas."

À medida que a supernova continuou a evoluir, os astrônomos voltaram a identificar esse mesmo tipo de forma no material rico em hidrogénio que se expandia para fora. Isso indica que o formato da fase de rompimento não é aleatório, mas sim resultado de um mecanismo de grande escala que mantém um eixo preferencial bem definido desde o início e ao longo da evolução posterior.

No entanto, quando o choque avançou para dentro do material previamente expelido pela estrela nos séculos que antecederam a supernova, o eixo preferencial mudou - sugerindo que o material ao redor tinha uma orientação diferente do eixo da própria explosão.

O significado disso ainda não está claro, mas uma possibilidade é que a estrela possa ter (ou tenha tido) uma companheira binária cuja influência gravitacional moldou a sua morte.

É impressionante conseguir inferir algo assim a partir de 23,6 milhões de anos-luz de distância.

A pesquisa foi publicada na Science Advances.