Uma equipe internacional que estuda dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, da NASA, conclui que a missão detectou uma supernova rara e incomumente luminosa. Os pesquisadores afirmam que ela provavelmente recebeu seu “impulso” de uma estrela de nêutrons supermagnetizada nascida do colapso estelar que desencadeou a explosão.
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A missão Fermi faz parte da frota de observatórios da NASA que monitora o cosmos em mudança para ajudar a humanidade a compreender melhor como o universo funciona.
“Por quase 20 anos, astrônomos buscaram nos dados do Fermi sinais de raios gama de milhares de supernovas, e, embora alguns indícios intrigantes tenham sido relatados, nenhum foi conclusivo até agora”, disse Fabio Acero, líder do estudo, do Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), na França, e da Universidade de Paris-Saclay.
Um artigo descrevendo os resultados publicados na quarta-feira na revista Astronomy & Astrophysics.
Esta imagem composta mostra duas visões da SN 2017egm, em luz visível (inserto) e em raios gama (fundo). A imagem óptica mostra a supernova — o objeto mais brilhante da cena — e sua galáxia hospedeira em 1º de julho de 2017. O mapa de fundo mostra uma área ampla do céu ao redor da posição da supernova. Cores mais intensas indicam maior probabilidade estatística de que os raios gama estejam associados à explosão. O mapa inclui raios gama detectados pelo Large Area Telescope do Fermi de 5 de julho de 2017 a 25 de outubro de 2017, ou de 43 a 155 dias após a descoberta da supernova.
Fundo, NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration e Acero et. al. 2026; inserto, NOT+ALFSOC/Bose et al. 2020
Supernovas de colapso de núcleo ocorrem quando o centro produtor de energia de uma estrela, muitas vezes mais massiva que o nosso Sol, fica sem combustível, colapsa sob o próprio peso e explode. Durante o colapso, pode se formar uma estrela de nêutrons do tamanho de uma cidade — ou até mesmo um buraco negro ainda menor. Uma onda de choque arremessa o restante da estrela, que se expande rapidamente como uma nuvem quente e densa de gás ionizado.
Nas últimas duas décadas, quase 400 supernovas excepcionais de colapso de núcleo foram identificadas. Cada um desses eventos, chamados de supernovas superluminosas, produziu 10 ou mais vezes a quantidade de luz visível normalmente observada.
Em 2024, um estudo liderado por Li Shang, da Universidade de Anhui, em Hefei, na China, observou que o Large Area Telescope do Fermi pode ter visto raios gama — a forma mais energética de luz — vindos de uma supernova superluminosas que ocorreu anos antes.
Batizada de SN 2017egm, essa explosão intensificada ocorreu na galáxia NGC 3191, localizada a cerca de 440 milhões de anos-luz de distância, na constelação Ursa Maior. Mesmo nessa distância, a explosão permanece entre as mais próximas desse tipo para nós na Terra.
A supernova superluminosas SN 2017egm foi descoberta pela missão Gaia, da Agência Espacial Europeia (ESA), em 23 de maio de 2017. Ela explodiu em uma galáxia espiral barrada massiva conhecida como NGC 3191, mostrada à esquerda antes da erupção. A imagem à direita, feita em 1º de julho de 2017, mostra a supernova ofuscando toda a galáxia.
À esquerda, SDSS e PS1; à direita, NOT+ALFSOC/Bose et al. 2020
“Buscamos raios gama nas seis supernovas superluminosas mais próximas vistas durante os primeiros 16 anos da missão Fermi”, disse Guillem Martí-Devesa, pesquisador anteriormente na Universidade de Trieste, na Itália, e agora bolsista no Institute of Space Sciences, em Barcelona, Espanha. “Somente a SN 2017egm mostra evidências de raios gama, confirmando indícios anteriores de que algumas supernovas podem ser tão luminosas em raios gama quanto são em luz visível. Isso abre uma nova janela para estudar esses eventos fascinantes.”
Teóricos debateram as possíveis fontes de energia que dão a essas explosões um “extra” de intensidade. Entre os principais candidatos está a formação de um magnetar, um tipo de estrela de nêutrons com os campos magnéticos mais fortes conhecidos — de até 1.000 vezes a intensidade dos campos típicos de estrelas de nêutrons. Isso é 10 trilhões de vezes mais forte do que um ímã de geladeira.
A equipe realizou uma análise mais profunda das características ópticas e de raios gama observadas da supernova para comparar o quanto diferentes modelos teóricos conseguem reproduzi-las. Um modelo desenvolvido por coautores Indrek Vurm, da Universidade de Tartu, na Estônia, e Brian Metzger, da Columbia University, em Nova York, traçou como a luz e as partículas produzidas por um magnetar recém-nascido se moveriam para fora e interagiriam com os detritos em expansão da supernova.
Os cientistas esperam que um magnetar recém-formado gire algumas centenas de vezes por segundo. Essa rotação rápida produz um forte fluxo de elétrons e pósitrons — os equivalentes de antimatéria — que forma uma vasta nuvem de partículas energéticas.
A Nebulosa do Caranguejo se formou em uma explosão de supernova observada em 1054. No seu centro, há uma estrela de nêutrons isolada, o núcleo comprimido da estrela original. Ela gira cerca de 30 vezes por segundo, varrendo um feixe de radiação em direção à Terra a cada rotação, no estilo de um farol, o que classifica a estrela de nêutrons como um pulsar. Essa rotação rápida alimenta jatos de raios X (a característica azul-esbranquiçada alongada perto do centro) e um fluxo de alta velocidade de elétrons e outras partículas. As partículas se acumulam em uma estrutura vasta em forma de nuvem chamada nebulosa de vento de pulsar, que também se forma em torno de magnetars, o primo supermagnetizado do pulsar. Essa emissão gradualmente desacelera a rotação da estrela de nêutrons. Essas imagens combinam dados de raios X do Observatório de Raios X Chandra, da NASA (azul-esbranquiçado) e dados de infravermelho do Telescópio Espacial James Webb, da NASA.
Raios X, Chandra: NASA/CXC/SAO; Infravermelho, Webb: NASA/STScI; Processamento de imagem: NASA/CXC/SAO/J. Major
Dentro dessa nuvem — chamada de nebulosa do vento de magnetar — várias interações alimentam a produção e a absorção de raios gama. Por exemplo, um elétron e um pósitron podem aniquilar, formando um par de fótons de raios gama, ou dois raios gama podem colidir e produzir partículas. Por meio dessas e outras vias, os raios gama interagem com os detritos da supernova. Incapazes de escapar diretamente, eles são reprocessados, com “mudança” para energias menores, virando luz visível de menor energia, o que fornece à supernova um impulso extra de luminosidade.
“Cerca de três meses após o colapso, à medida que os detritos da supernova se expandem e esfriam, os raios gama podem começar a vazar”, disse Acero. “Esse modelo de magnetar reproduz melhor a luminosidade da supernova e o momento de chegada dos raios gama durante os primeiros meses, mas vemos espaço para melhorias em tempos posteriores, quando a luz visível diminui de forma bastante irregular.”
Acero e seus colegas sugerem que processos adicionais provavelmente tiveram papéis contribuintes durante a longa fase de desaparecimento da SN 2017egm. Entre eles estão detritos voltando a cair sobre o magnetar e interações entre a onda de choque e a matéria ejetada pela estrela nos séculos anteriores ao seu fim.
O brilho em raios X associado a uma fonte conhecida como Swift J1834.9-0846, localizada perto do centro do remanescente de supernova W41, vem da primeira nebulosa do vento de magnetar identificada (contorno).
ESA/XMM-Newton e Younes et al. 2016
A equipe também avaliou o quanto uma nova instalação terrestre de raios gama, o Cerenkov Telescope Array Observatory, poderia detectar eventos como a SN 2017egm. Com cerca de 50 horas de tempo de observação, eles dizem que uma supernova semelhante poderia ser detectada a até aproximadamente 500 milhões de anos-luz. Nosso entendimento de fenômenos como a SN 2017egm deve melhorar graças à cooperação entre instalações