Supernova de Alta Velocidade Revela os Primeiros Momentos de sua Explosão

Impressão artística de uma hipernova. A interação do jato com as camadas externas da estrela forma um casulo que envolve a cabeça do jato e começa a se propagar lateralmente em relação à direção do jato. O jato é capaz de perfurar completamente o envelope da estrela-mãe, emitindo raios gama de alta energia, responsáveis ​​pela GRB.

Uma equipe internacional de cientistas, incluindo astrônomos das Universidades de Leicester, Bath e Warwick, encontrou evidências da existência de um 'casulo quente' de material envolvendo um jato relativístico escapando de uma estrela moribunda.
Um jato relativístico é um fenômeno muito poderoso que envolve jatos de plasma saindo de buracos negros próximos à velocidade da luz e pode se estender por milhões de anos-luz.
Observações da supernova SN2017iuk tomadas logo após o início da explosão mostrou uma expansão muito rápida, a um terço da velocidade da luz. Essa é a expansão de supernova mais rápida medida até o momento. O monitoramento do fluxo de saída ao longo de várias semanas revelou uma clara diferença entre a composição química inicial e a posterior.
Tomados em conjunto, estes são indicadores da presença do casulo quente muito teorizado, preenchendo uma lacuna em nosso conhecimento de como um jato de material escapando de uma estrela interage com o envelope estelar em torno dele e fornecendo uma ligação potencial entre duas classes de supernovas anteriormente distintas.
A supernova sinaliza a morte final de uma estrela massiva, na qual o núcleo estelar entra em colapso e as camadas externas são violentamente arrancadas. A SN2017iuk pertence a uma classe de supernovas extremas, às vezes chamadas de hipernovas, que acompanham um evento ainda mais espetacular conhecido como burst de raios gama (GRB, na sigla em inglês).
Na morte estelar, um feixe de material altamente relativístico e estreito pode ser ejetado dos polos da estrela, que brilha primeiro em radiação gama e depois em todo o espectro eletromagnético e é conhecido como GRB.
Até agora, os astrônomos foram incapazes de estudar os primeiros momentos no desenvolvimento de uma supernova deste tipo (uma hipernova), mas a SN2017iuk aconteceu fortuitamente próxima - a cerca de 500 milhões de anos-luz da Terra - e a luz GRB foi insuficientemente luminosa, permitindo que a própria supernova fosse detectável nos primeiros tempos.
Dr. Rhaana Starling, Professor Associado do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Leicester, disse: "Quando os primeiros conjuntos de dados chegaram, havia um componente incomum na luz que parecia muito azul, solicitando uma campanha de monitoramento para ver se poderíamos determinar sua origem seguindo a evolução e tomando espectros detalhados".

Supernova 2017iuk (indicado com uma flecha) em sua galáxia hospedeira, 18 dias após o início da explosão.

"A explosão de raios gama (GRB) parecia muito fraca, então pudemos ver outros processos que estavam acontecendo ao redor do jato recém-formado que normalmente são ocultados. A ideia de um casulo de gás termalizado criado pelo jato relativístico à medida que ele se desloca tinha sido proposto e implícito em outros casos, mas aqui estava a evidência de que precisávamos acreditar na existência de tal estrutura".
Foi necessária uma abordagem coordenada usando um conjunto de observatórios baseados no espaço e no solo para monitorar a supernova durante 30 dias e em muitos comprimentos de onda. O evento foi detectado pela primeira vez usando o Neil Gehrels Swift Observatory.
Os dados obtidos com o Observatório Óptico de Ondas de Ondas Gravitacionais (GOTO, na sigla em inglês) ajudaram a rastrear a luz da supernova, enquanto a espectroscopia foi obtida através de programas dedicados de observação, incluindo iniciativas da Colaboração STARGATE liderada pelo Professor Nial Tanvir na Universidade de Leicester, que usa Telescópios de 8 m no European Southern Observatory.
O professor Tanvir, professor de Física e Astronomia da Universidade de Leicester, disse: "O jato relativístico perfura através da estrela como se fosse uma bala sendo disparada de dentro de uma maçã. O que vimos pela primeira vez é todos os destroços que explodem depois que a bala passa".
Velocidades de até 115.000 quilômetros por segundo foram medidas para a supernova em expansão por aproximadamente uma hora após o início da explosão. Uma composição química diferente foi encontrada na expansão inicial da supernova quando comparada com a ejeção posterior mais rica em ferro. A equipe concluiu que apenas algumas horas após o início, o material ejetado estava vindo do interior, de um casulo quente criado pelo jato.
Os modelos existentes de produção de supernovas mostraram-se insuficientes para explicar a grande quantidade de material de alta velocidade medida. A equipe desenvolveu novos modelos que incorporaram o componente do casulo e descobriram que esses davam um excelente resultado.
A SN2017iuk também fornece uma ligação há muito procurada entre as supernovas que acompanham as GRBs e as que não: em supernovas solitárias, saídas de alta velocidade também foram vistas, com velocidades chegando a 50.000 quilômetros por segundo, que podem se originar no mesmo cenário de casulo, mas a fuga do jato GRB relativista de alguma forma não existe.
As supernovas de colapso do núcleo sem GRBs são geralmente encontradas muito depois do início da explosão, dando aos cientistas poucas chances de detectar quaisquer assinaturas de um casulo quente, enquanto as características do casulo em supernovas associadas a GRB são geralmente escondidas pelo brilhante jato relativístico.
O caso raro de SN2017iuk abriu uma janela para os primeiros estágios desse tipo de fenômeno de supernova, permitindo observar a esquiva estrutura do casulo.

Fonte: Phys.Org