💥 Primeira vez: astrónomos capturam explosão de estrela no momento em que esta deforma a sua superfície

Observar o Universo é muitas vezes contemplar fenómenos que ocorreram há milhões de anos. Mas por vezes, surge a oportunidade de capturar um evento cósmico quase em direto, como se estivéssemos a assistir em tempo real à transformação de uma estrela. Esta possibilidade rara materializou-se recentemente para astrónomos que conseguiram observar um momento crucial na vida de uma estrela massiva.

Graças ao Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul, uma equipa internacional conseguiu captar a explosão de uma estrela no preciso momento em que esta rompia a sua superfície. Esta observação, realizada apenas 26 horas após a deteção inicial da supernova, representa uma primeira vez na história da astronomia. A rapidez de intervenção foi determinante, pois esta fase transitória dura apenas algumas horas antes de se tornar indetetável. A estrela em questão, situada a cerca de 22 milhões de anos-luz na galáxia NGC 3621, oferecia uma oportunidade excecional para estudar os primeiros instantes de uma explosão estelar.


A descoberta desta supernova desencadeou uma corrida contra o tempo para os astrónomos. Yi Yang, professor na Universidade Tsinghua, submeteu uma proposta de observação menos de doze horas após ter sido informado do evento. A aprovação rápida do ESO permitiu apontar o telescópio para a supernova nascente, capturando assim dados valiosos sobre a sua geometria inicial. Esta reatividade excecional foi tornada possível pela colaboração internacional.

A técnica utilizada para esta observação, a espectropolarimetria, permitiu revelar detalhes invisíveis de outra forma. Embora a estrela explosiva apareça como um simples ponto luminoso desde a Terra, a análise da polarização da sua luz revelou a sua forma tridimensional. Este método explora o facto de que a luz emitida por objetos não esféricos apresenta características de polarização específicas que denunciam a sua geometria.

Os dados recolhidos mostraram que a explosão inicial apresentava uma forma surpreendente de azeitona, revelando uma simetria axial bem definida. Esta configuração geométrica particular sugere a existência de mecanismos físicos comuns que regem a explosão de estrelas massivas. À medida que a explosão progride e colide com a matéria circundante, a sua forma achata-se mas conserva o seu eixo de simetria original, fornecendo assim pistas valiosas sobre os processos internos.

Esta descoberta permite aos astrónomos aperfeiçoar os seus modelos teóricos sobre o fim de vida das estrelas massivas. A estrela na origem da SN 2024ggi era uma supergigante vermelha, cerca de doze a quinze vezes mais massiva que o nosso Sol e quinhentas vezes maior. A compreensão destas explosões ajuda a apreender melhor o ciclo de vida estelar e a maneira como os elementos pesados se dispersam no espaço para formar novas gerações de estrelas e planetas.

A espectropolarimetria: ver o invisível

A espectropolarimetria combina duas técnicas de análise da luz para revelar informações que nem a espectroscopia nem a polarimetria sozinhas podem fornecer. Ao estudar como a luz é polarizada em diferentes comprimentos de onda, os astrónomos podem determinar a forma e a orientação de objetos cósmicos demasiado pequenos para serem resolvidos diretamente. Esta abordagem é particularmente útil para as supernovas, onde os detalhes geométricos são essenciais para compreender os mecanismos de explosão.

A polarização da luz ocorre quando as ondas luminosas vibram preferencialmente numa direção particular. No caso das estrelas esféricas, esta polarização é geralmente nula porque as vibrações se anulam mutuamente em todas as direções. No entanto, quando o objeto emissor não é perfeitamente simétrico, como durante uma explosão assimétrica, a luz apresenta uma polarização nítida que denuncia esta assimetria.

O instrumento FORS2 do Very Large Telescope está especialmente concebido para este tipo de medições. Pode detetar variações ínfimas na polarização da luz, permitindo assim reconstituir a forma tridimensional de objetos situados a milhões de anos-luz. Esta capacidade única foi determinante para revelar a forma de azeitona da explosão da SN 2024ggi, demonstrando o poder desta técnica de observação.

As aplicações da espectropolarimetria estendem-se muito para além do estudo das supernovas. É utilizada para analisar os discos de acreção em torno de buracos negros, estudar a atmosfera dos exoplanetas e caracterizar a poeira interestelar. Cada avanço técnico abre novas janelas sobre o Universo, permitindo aos astrónomos responder a questões fundamentais sobre a natureza dos objetos cósmicos.

A vida e a morte das estrelas massivas

As estrelas massivas, aquelas que possuem pelo menos oito vezes a massa do nosso Sol, conhecem uma existência breve mas espetacular. A sua grande massa gera uma pressão e uma temperatura tão elevadas no seu núcleo que queimam o seu combustível nuclear a um ritmo acelerado. Enquanto o nosso Sol viverá cerca de dez mil milhões de anos, uma estrela de vinte massas solares pode esgotar as suas reservas em apenas alguns milhões de anos, levando a um fim violento.

A fase final começa quando o núcleo da estrela esgota o seu hidrogénio, depois o seu hélio, fundindo elementos cada vez mais pesados até ao ferro. O ferro representa um ponto de não retorno porque a sua fusão consome energia em vez de a produzir. Privado da sua fonte de energia interna, o núcleo colapsa sob o seu próprio peso numa duração da ordem do segundo, criando uma onda de choque que propulsiona as camadas externas da estrela no espaço.

Este colapso e esta explosão libertam uma energia colossal, superando temporariamente o brilho de uma galáxia inteira. Os elementos pesados sintetizados durante a vida da estrela são dispersos no meio interestelar, enriquecendo o gás a partir do qual se formarão novas estrelas e planetas. Sem estas explosões, o Universo estaria desprovido de elementos como o oxigénio, o carbono ou o ferro essenciais à vida.

O resíduo da explosão depende da massa inicial da estrela. Para as estrelas de oito a vinte massas solares, resta geralmente uma estrela de neutrões, enquanto as estrelas mais massivas podem formar buracos negros. Cada supernova representa assim não apenas um fim, mas também o começo de novos ciclos cósmicos, participando na reciclagem permanente da matéria no Universo.