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Sondas Kepler e Swift da NASA Registram Momentos Raros Iniciais de Supernovas Bebês

Space Today
21 maio 2015

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Os astrônomos estão enlouquecendo sobre as medidas de supernovas recém-nascidas feitas pelas sondas Swift e Kepler da NASA, debruçando sobre os dados para melhor entender o que gera essas explosões estelares demolidoras. Os cientistas estão particularmente fascinados com as supernovas do Tipo Ia, já que elas servem como faróis para medir as vastas distâncias no espaço.

“Observações sem precedentes realizadas pelo Kepler de pré-eventos de supernovas e a agilidade do Swift em responder aos eventos de supernovas estão produzindo importantes descobertas ao mesmo tampo só que em comprimentos de onda bem diferentes”, disse Paul Hertz, Diretor de Astrofísica. “Não somente estamos tendo ideias sobre o que dispara a supernova do Tipo Ia, mas esses dados nos permitem melhor calibrar as supernovas do Tipo Ia como velas padrão, e isso tem implicações sobre a nossa habilidade de eventualmente entender os mistérios da energia escura”.

As supernovas do Tipo Ia explodem com brilho muito similar, pois o objeto que explode é sempre uma estrela anã branca, ou seja, a parte remanescente de uma estrela parecida com o Sol, mas com o tamanho da Terra. Uma anã branca pode virar uma supernova se fundindo com outra anã branca ou puxando muita matéria de uma estrela companheira próxima, gerando reações termonucleares e explodindo.

Em estudos publicados na edição de 21 de Maio de 2015 da revista Nature, o Kepler e o Swift têm encontrado evidências que suportam ambos os cenários de explosões estelares.

Os pesquisadores estudando os dados do Kepler registraram três novas e distantes supernovas, e o conjunto de dados inclui medidas feitas antes das violentas explosões terem acontecido. Conhecido por sua capacidade em caçar exoplanetas, o telescópio espacial do Kepler faz observações precisas e frequentes, a cada 30 minutos, e com isso tem permitido aos astrônomos voltar o relógio e dissecar os momentos iniciais das supernovas. As descobertas representam as primeiras medidas diretas capazes de informar aos cientistas a causa das explosões.

“Nossas descobertas de supernovas com o Kepler, favorecem de forma forte o cenário de fusão das anãs brancas, enquanto que o estudo do Swift, liderado por Cao, prova que as supernovas do Tipo Ia também podem surgir de anãs brancas simples”, disse Robert Olling, pesquisador associado da Universidade de Maryland, e principal autor do estudo. “Do mesmo modo que muitos caminhos levam a Roma, a natureza pode ter várias maneiras de explodir as estrelas anãs brancas”.

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Para capturar os momentos mais iniciais das explosões do Tipo Ia, a equipe de pesquisa monitorou 400 galáxias por dois anos usando o Kepler. A equipe descobriu então três eventos, designados, KSN 2011b, KSN 2011c e KSN 2012a, cujas medidas foram feitas antes, durante e depois das explosões.

Esses dados iniciais fornecem uma visão sobre o processo físico que iniciou essas bombas estelares, localizadas a centenas de milhões de anos-luz de distância. Quando uma estrela se transforma em supernova, a liberação explosiva de energia ejeta o material da estrela a uma velocidade hipersônica, emitindo ondas de choque em todas as direções. Se uma estrela companheira está na sua vizinhança, a ruptura na onda de choque será registrada nos dados.

Os cientistas não descobriram evidências de uma estrela companheira e concluíram então que a causa poderia ser a colisão, ou fusão de duas estrelas próximas, muito provavelmente duas anãs brancas.

O conhecimento da distância para a galáxia nas pesquisas do Kepler, foi fundamental para caracterizar o tipo de supernova descoberta por Olling e seus colegas. Para determinar a distância, a equipe virou os poderosos telescópios nos Observatórios Gemini e W.M. Keck em Mauna Kea no Havaí, para as explosões. Essas medidas foram decisivas para os pesquisadores concluírem que as supernovas que eles tinham descoberto eram do Tipo Ia.

“A sonda Kepler mais uma vez nos surpreendeu, tendo um papel inesperado na ciência das supernovas, fornecendo para nós, pela primeira vez a curva de luz de supernovas do Tipo Ia nos seus estágios iniciais”, disse Steve Howell, cientista de projeto do Kepler, no Ames Research Center da NASA em Moffett Field, na Califórnia. “Agora, em sua nova missão K2, a sonda irá pesquisar por mais supernovas em milhares de galáxias”.

Um grupo separado de astrônomos também encontrou intrigantes dados em uma supernova diferente. Liderados pelo estudante Yi Cao do Instituto de Tecnologia da Califórnia, o Caltech, a equipe usou o Swift para detectar de forma inédita o flash de luz ultravioleta emitido nos primeiros dias de vida de uma supernova do Tipo Ia. Com base em simulações computacionais das explosões de supernovas em sistemas estelares binários, os pesquisadores acreditavam que o pulso ultravioleta fosse emitido quando a onda de choque de uma explosão de supernova passava por uma estrela companheira próxima.

“Se o Swift só observasse a explosão um dia ou dois depois, nós perderíamos o flash de ultravioleta inteiramente”, disse Brad Cenko, um membro da equipe do Swift no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Graças à cobertura de comprimentos de onda do Swift e à sua rápida capacidade de programação, ele atualmente é a única sonda que pode fazer regularmente esse tipo de observação”.

De acordo com as análises, os detritos de supernova se chocam e varrem a estrela companheira, criando uma região de emissão de ultravioleta. A temperatura de pico excede os 11000 graus Celsius, ou seja, é cerca de duas vezes a temperatura na superfície do Sol.

A explosão designada iPTF14atg, foi vista primeiro em 3 de Maio de 2014, na galáxia IC 831, localizada a cerca de 300 milhões de anos-luz de distância da Terra, na constelação de Coma Berenices. Ela foi descoberta através dos sistema de observação robótico de vasto campo conhecido como intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), um projeto de colaboração entre vários institutos, liderado pelo Caltech Optical Observatories, na Califórnia.

“Nós não vimos evidências dessa explosão em imagens feitas na noite anterior, então nós descobrimos o iPTF14atg quando ele só tinha um dia de vida”, disse Cao. “Melhor ainda, nós confirmamos que ele era uma supernova nova do Tipo Ia, algo que estávamos trabalhando arduamente para que nosso sistema fosse capaz de detectar”.

A equipe imediatamente requisitou observações de outras instalações, incluindo observações em raios-X e ultravioleta do satélite Swift da NASA. Embora nenhum raio-X tivesse sido encontrado, um apagado spike de luz ultravioleta foi registrado pelo Ultraviolet/Optical Telescope do Swift, dentro de poucos dias depois da explosão, sendo que nenhum spike correspondente foi observado na luz visível. Depois que o flash se apagou, tanto os comprimentos de onda do visível e do ultravioleta surgiram juntos como o brilho de uma supernova.

O pulso ultravioleta do iPTF14atg representa uma forte evidência para a presença de uma estrela companheira, mas como as anãs brancas se fundindo com outras estrelas do mesmo tipo também podem produzir supernovas, como demonstraram os resultados do Kepler, os astrônomos estão trabalhando para determinar a porcentagem de supernovas produzidas por cada um dos tipos.

Os cientistas adicionam que o um melhor entendimento das diferenças entre as explosões do Tipo Ia ajudarão os astrônomos a melhorarem seus conhecimentos sobre a energia escura, a misteriosa força que parece estar acelerando a expansão cósmica.

O Ames gerencia as missões Kepler e K2 para o Science Mission Directorate da NASA. O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, na Califórnia, gerenciou o desenvolvimento da missão Kepler. A empresa Ball Aerospace & Technologies Corp. Opera o sistema de voo com o apoio do Laboratory for Atmospheric and Space Physics, da Universidade do Colorado em Boulder.

O Swift entrou em órbita em 20 de Novembro de 2004. Gerenciado pelo Goddard, a missão é operada em colaboração com a Penn State University em University Park, na Pennsylvania, o Los Alamos National Laboratory no Novo México e a empresa Orbital Sciences Corp. em Dulles, na Virginia. Outros parceiros incluem a Universidade de Leicester, e o Mullard Space Science Laboratory no Reino Unido, o Observatório Brera e a Italian Space Agency, com colaboração adicional na Alemanha e no Japão.

Fonte:

http://www.nasa.gov/ames/kepler/nasa-spacecraft-capture-rare-early-moments-of-baby-supernovae

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