O telescópio Fermi de raios gama da NASA identificou o que pode ser o primeiro sinal confirmado de uma supernova superluminosa alimentada por um magnetar, uma estrela de nêutrons com campos magnéticos extraordinariamente intensos. O evento, denominado SN 2017egm, ocorreu a 440 milhões de anos-luz de distância e representa um avanço significativo na compreensão de uma das explosões mais extremas do universo. A descoberta, publicada na revista Astronomy & Astrophysics, encerra quase 2 décadas de busca por sinais de raios gama em dados do Fermi.
Uma equipe internacional de pesquisadores, liderada por Fabio Acero do Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) francês e da Universidade de Paris-Saclay, analisou anos de observações para confirmar a ligação entre a supernova e o magnetar. O achado marca a primeira detecção definitiva dessa natureza, embora pesquisadores tivessem reportado indícios anteriores ao longo das buscas anteriores.
Mecanismo de explosão em supernovas superluminosas
Supernovas de colapso de núcleo ocorrem quando uma estrela massiva esgota o combustível necessário para sustentar seu núcleo. Sem essa fonte de energia, a gravidade faz o núcleo desabar e dispara uma explosão violenta. Dependendo das condições, o colapso pode deixar para trás uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, enquanto o resto da estrela é lançado ao espaço como uma nuvem de gás extremamente quente em expansão.
Nos últimos 20 anos, astrônomos identificaram aproximadamente 400 exemplos inusitadamente poderosos chamados supernovas superluminosas. Essas explosões raras podem brilhar pelo menos 10 vezes mais intensamente em luz visível do que supernovas comuns. O SN 2017egm, observado em 2017, erupciona na galáxia NGC 3191, na constelação da Ursa Maior. Mesmo à distância colossal de 440 milhões de anos-luz, permanece uma das supernovas superluminosas mais próximas jamais observadas da Terra.
Em 2024, pesquisadores liderados por Li Shang da Universidade de Anhui em Hefei, China, sugeriram que o Telescópio de Larga Área do Fermi poderia ter detectado raios gama desse evento anos depois da explosão inicial. Essa observação abriu caminho para análises mais profundas dos dados acumulados pelo equipamento ao longo de suas operações.
Magnetares: motores cósmicos extremos
Cientistas há muito debatem o que confere às supernovas superluminosas seu brilho extraordinário. Uma das principais explicações envolve magnetares, estrelas de nêutrons com os campos magnéticos mais fortes conhecidos no universo. Seus campos magnéticos podem ser até 1 mil vezes mais intensos do que os de estrelas de nêutrons comuns, alcançando potências aproximadamente 10 trilhões de vezes maiores do que um ímã de geladeira.
A pesquisa envolveu análise detalhada tanto dos sinais de luz visível quanto dos sinais de raios gama do SN 2017egm. Os dados foram comparados com diferentes modelos teóricos desenvolvidos por colaboradores internacionais. Um modelo específico, criado por Indrek Vurm da Universidade de Tartu na Estônia e Brian Metzger da Universidade de Colômbia em Nova York, examinou como a radiação e as partículas de um magnetar recém-formado se movem através dos escombros da supernova em expansão.
Pesquisadores acreditam que um magnetar recém-formado pode rotar várias centenas de vezes a cada segundo. Essa velocidade incrível gera um fluxo poderoso de elétrons e pósitrons, que são as versões antimatéria dos elétrons. Juntas, essas partículas criam uma nuvem gigantesca de material de alta energia conhecida como nebulosa de vento de magnetar.
Processos de geração de raios gama e escape de radiação
Dentro dessa nebulosa, as interações de partículas podem gerar raios gama de várias maneiras. Elétrons e pósitrons podem colidir e se transformar em fótons de raios gama, enquanto os próprios raios gama podem colidir e criar novas partículas. Conforme essas interações continuam, grande parte da energia de raios gama fica aprisionada dentro dos escombros da supernova e é convertida em luz visível de menor energia, ajudando a tornar a explosão excepcionalmente brilhante.
Segundo Acero, aproximadamente 3 meses após o colapso, à medida que os escombros da supernova se expandem e esfriam, os raios gama começam a vazar para o espaço. O modelo de magnetar reproduz melhor a luminosidade da supernova e o tempo de chegada de seus raios gama durante os primeiros meses. Contudo, os pesquisadores observam espaço para melhorias em períodos posteriores, quando a luz visível desaparece de forma bastante irregular.
Os resultados sugerem que processos adicionais provavelmente influenciaram a supernova durante seu longo declínio em brilho. Estes podem incluir material caindo de volta em direção ao magnetar e colisões entre a onda de choque em expansão e matéria ejetada pela estrela séculos antes de explodir.
Observações futuras e cooperação internacional
Guillem Martí-Devesa, pesquisador anteriormente na Universidade de Trieste na Itália e agora pesquisador no Instituto de Ciências Espaciais em Barcelona, Espanha, coordenou a busca por raios gama das 6 supernovas superluminosas mais próximas observadas durante os primeiros 16 anos da missão Fermi. Apenas SN 2017egm mostrou evidências de raios gama, confirmando sugestões anteriores de que algumas supernovas podem ser tão luminosas em raios gama quanto em luz visível.
O estudo explorou se observatórios futuros poderiam detectar eventos semelhantes. Os pesquisadores descobriram que o próximo Observatório Cerenkov Telescope Array deveria ser capaz de avistar supernovas como SN 2017egm a distâncias de até aproximadamente 500 milhões de anos-luz com aproximadamente 50 horas de tempo de observação.
- Capacidade de detecção: Telescópio de próxima geração detectará supernovas a distâncias maiores
- Intensidade de campos magnéticos: Magnetares possuem campos 10 trilhões de vezes mais fortes que ímãs comuns
- Brilho relativo: Supernovas superluminosas brilham 10 vezes mais que supernovas ordinárias
- Período de estudo: Análise cobriu primeiros 16 anos de operação do Fermi
- Descobertas prévias: Apenas 1 entre 6 supernovas próximas mostrou sinais de raios gama confirmados
A Missão Fermi representa parte da rede de observatórios da NASA projetada para rastrear eventos em mudança no universo e ajudar cientistas a compreender melhor como os fenômenos cósmicos funcionam. A cooperação futura entre observatórios terrestres e telescópios espaciais da NASA revelará ainda mais sobre essas explosões estelares violentas e os objetos extremos escondidos em seu interior.
Judy Racusin, cientista-chefe adjunta do projeto Fermi no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, afirma que o mecanismo de motor central de magnetar descrito no estudo se baseia em muitos avanços observacionais e teóricos em magnetares ao longo dos últimos 20 anos. A observação de raios gama de supernovas fornecerá uma nova forma de explorar seus mecanismos internos e expandir o conhecimento sobre essas manifestações extremas do universo.