Procurando Pelas Progenitoras das Supernovas Tipo Ia Através do Material Circunstelar

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observatory_150105Assinatura de material circunstelar em supernova do Tipo Ia pode dar pistas sobre as progenitoras dessas explosões cósmicas. Cientistas no Max-Planck Intitut fur Astrophysik (MPA) analisaram espectros de alta resolução de várias épocas de uma dezena de explosões de supernovas do Tipo Ia e uma conclusão é que somente a minoria delas mostra a assinatura clara desse material que é consistente com sistema progenitor degenerado único.

As supernovas do Tipo Ia (SNe Ia) são explosões muito luminosas usadas como padrões para se medir as distâncias na escala cósmica. Essas medidas podem então ser usadas para reconstruir a história de expansão do universo. Conhecendo de maneira completa a natureza das progenitoras desses eventos pode-se ajudar a padronizar de maneira mais precisa, permitindo uma reconstrução mais precisa dos resultados. Mais ainda, acredita-se que as SNe Ia sejam o produto de sistemas binários. Entender as progenitoras ajudará a entender melhor a evolução e o produto final de certas estrelas binárias. Então, a natureza das progenitoras das SNe Ia ainda é uma questão aberta e que precisa de uma resposta.

É vastamente aceito que o evento que gera uma SNe Ia é uma explosão de uma estrela anã branca de carbono-oxigênio. Para uma anã branca explodir é necessário acrescer material que irá iniciar a queima de carbono. Devido ao estado degenerado do material da anã branca essa queima é o processo que produz energia suficiente para corromper totalmente a estrela. Os dois modelos assumidos atualmente para os progenitoras desse evento são, o modelo de degeneração único, onde o material de uma estrela companheira não degenerada é transferido para a anã branca, e o modelo de degeneração dupla, onde uma companheira degenerada, outra anã branca, se funde com a estrela primária.

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Um dos maiores discriminantes entre os diferentes cenários de progenitoras é o ambiente onde as anãs brancas explodem. No cenário de degeneração única, a anã branca é engolfada pelo material circunstelar (CSM) que foi expelido do sistema devido ao processo de perda de massa. Esse material devia ter uma velocidade relativamente baixa de emissão. No cenário de degeneração dupla a anã branca explode num ambiente mais limpo. Mesmo apesar do fato de alguns trabalhos recentes sugerirem que o CSM possa estar presente também em certos ambientes de degeneração dupla da progenitora, ele teria diferentes propriedades, nominalmente velocidades mais altas.

Portanto, a detecção do CSM nos espectros das SNe Ia pode ajudar a discernir os diferentes cenários de progenitoras e nos permitir a determinar o caminho, ou caminhos que levaram o sistema binário a isso. A questão que então surge, é, qual a manifestação desse CSM deveria ser? O material que está próximo da anã branca que explodiu deveria ser ionizado pela radiação ultra violeta emitida durante a explosão. À medida que o tempo passa esse material deveria se recombinar e retornar ao nível neutro de ionização anterior. Assim sendo, em espectros medidos não muito tempo depois da explosão, nós esperamos ver pouca, ou nenhuma feição de nível de ionização baixo ou neutro. Em espectros de tempos posteriores nós esperamos ver essas feições emergindo e/ou se intensificando. O material que está bem longe do tempo da explosão não será ionizado, mas dada a sua velocidade de fluxo baixa, ele se manifestaria como uma feição de absorção desviada para o azul. Um elemento ideal para ser usado nessa pesquisa é o sódio neutro, já que ele tem uma linha forte, mesmo quando somente pequenas quantidades de sódio estão presentes.

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A primeira detecção vastamente aceita do CSM em uma SNe Ia foi relatado para a SN 2006X por um grupo de pesquisadores liderado por Ferdinando Patat do ESO. Depois dessa detecção dois outros eventos foram reportados como mostrando sinais de CSM, a SN2007Ie e a PTF11kx, e três eventos  para os quais esse material não foi detectado, a SN 2000cx, a SN 2007af e a SN 2011fe. Esses resultados misturados podem ser devido aos efeitos do ângulo de visão que farão com que o CSM seja visível em somente parte das SNe Ia, ou devido ao fato da existência de duas populações de progenitoras, uma com CSM e outra sem, ou mais provavelmente uma combinação de ambos. O pequeno tamanho da amostra não permite que se possa fazer nenhuma conclusão robusta. Uma amostra maior é necessária para se gerar conclusões mais robustas sobre o que prevalece nos casos como a SN 2006X, a SN 2007Ie e a PTF11kx. Além disso, amostras maiores incluindo mais casos com a detecção do CSM permitirão o estudo das propriedades do CSM. A não detecção do CSM pode ser usada para estimar os limites superiores para a massa do CSM. Com isso nós podemos excluir modelos implausíveis e determinar as restrições para os plausíveis.

Um grupo de pesquisadores liderado por Assaf Sternberg mostrou que a SNe Ia exibe uma super abundância de feições que indicam o fluxo de material. Essa abundância foi mostrada como sendo consistente com o material circunestelar. Não obstante, como essa análise foi baseada em dados de uma única época, ela não pode ser usada para pesquisar as propriedades do CSM, já que não é possível dizer quais feições individuais são circunestelares e quais são interestelares.

Em colaboração com cientistas em todo o mundo, nós estamos levando um renovado esforço para obter uma amostra grande multi-temporal e de alta resolução de SNe Ia com a esperança de buscar pistas sobre as elusivas progenitoras das SNe Ia. Até agora nós já obtivemos espectros multi-temporais e de alta resolução de 13 SNe Ia, mais do que o triplo das amostras atualmente publicadas. Essa amostragem maior sugere que somente 17% das SNe Ia exibem feições de absorção que variam com o tempo e que são associadas com o CSM. Apesar desse resultado estar de acordo com outros trabalhos anteriormente publicados, devido ao tamanho da amostra, esse resultado ainda pode mudar. Mais ainda, em análises futuras nós iremos estimar os limites superiores para a massa do CSM e tentaremos determinar qual caminho binário pode ser excluído como progenitoras para os eventos na nossa amostra. Esse trabalho ainda está progresso. Nós esperamos alcançar um tamanho de amostra razoável para esse estudo nos próximos anos, e essa análise ajudará a responder a questão de longa data sobre as progenitoras das supernovas do Tipo Ia.

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Fonte:

http://www.mpa-garching.mpg.de/mpa/research/current_research/hl2013-8/hl2013-8-en.html

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Sérgio Sacani

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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