De acordo com um novo estudo do Observatório de raios X Chandra da NASA, o interior de uma estrela "deu voltas" antes de explodir de forma espetacular. Hoje, esta estrela estilhaçada, conhecida como o remanescente de supernova Cassiopeia A, é um dos objetos mais conhecidos e bem estudados do céu.

No entanto, há mais de trezentos anos, era uma estrela gigante à beira da autodestruição. O novo estudo do Chandra revela que, poucas horas antes de explodir, o interior da estrela reorganizou-se violentamente. Esta alteração de última hora do seu ventre estelar tem profundas implicações para a compreensão da forma como as estrelas massivas explodem e de como os seus remanescentes depois se comportam.

Cassiopeia A (Cas A para abreviar) foi um dos primeiros objetos que o telescópio espacial observou após o seu lançamento em 1999 e os astrónomos voltaram várias vezes para o observar.

"Parece que cada vez que olhamos atentamente para os dados de Cas A pelo Chandra, aprendemos algo novo e excitante", disse Toshiki Sato da Universidade de Meiji no Japão, que liderou o estudo. "Agora pegámos nesses valiosos dados de raios X, combinámo-los com poderosos modelos computacionais e descobrimos algo extraordinário".

À medida que as estrelas massivas envelhecem, formam-se elementos cada vez mais pesados no seu interior, através de reações nucleares, criando camadas tipo cebola de diferentes elementos. A sua camada exterior é maioritariamente constituída por hidrogénio, seguida de camadas de hélio, carbono e elementos progressivamente mais pesados - estendendo-se até ao centro da estrela.

Quando o ferro começa a formar-se no núcleo da estrela, o jogo muda. Assim que o núcleo de ferro cresce para além de uma certa massa (cerca de 1,4 vezes a massa do Sol), já não consegue suportar o seu próprio peso e colapsa. A parte exterior da estrela cai sobre o núcleo em colapso e rebenta como uma supernova de colapso do núcleo.

A nova investigação com dados do Chandra revela uma mudança que ocorreu nas profundezas da estrela nos últimos momentos da sua vida. Depois de viver durante mais de um milhão de anos, Cas A sofreu grandes alterações nas suas últimas horas antes de explodir.

"A nossa investigação mostra que, pouco antes da estrela Cas A entrar em colapso, parte de uma camada interna com grandes quantidades de silício viajou para o exterior e invadiu uma camada vizinha com muito néon", disse o coautor Kai Matsunaga da Universidade de Quioto no Japão. "Trata-se de um acontecimento violento em que a barreira entre estas duas camadas desaparece".

Uma figura ilustrada mostrando uma secção transversal de uma estrela massiva semelhante à que criou a remanescente de supernova Cas A. As camadas em forma de cebola são dominadas por elementos cada vez mais pesados, começando pelo hidrogénio e estendendo-se até ao hélio, carbono, oxigénio, silício e ferro no centro da estrela. A secção transversal é mostrada algumas horas antes da explosão da estrela como supernova. O material rico em silício, produzido em reações nucleares que envolvem oxigénio (na estreita "O-burning shell"), é flutuante e empurrado para fora em plumas ricas em silício, forçando o material rico em néon, mais exterior, a fluir para dentro. O movimento destes materiais ricos em silício e em néon perturba a estreita camada onde o carbono e o néon estão a sofrer reações nucleares (a estreita "C-/Ne-burning shell"). Crédito: NASA/CXC/Universidade de Meiji/T. Sato et al.

Esta agitação não só fez com que o material rico em silício se deslocasse para o exterior, como também forçou o material rico em néon a deslocar-se para o interior. A equipa encontrou vestígios claros destes fluxos de silício para o exterior e de fluxos de néon para o interior no remanescente de supernova Cas A. Pequenas regiões ricas em silício, mas pobres em néon, estão localizadas perto de regiões ricas em néon e pobres em silício. A sobrevivência destas regiões não só fornece evidências críticas das alterações interiores da estrela, como também mostra que a mistura completa do silício e do néon com outros elementos não ocorreu imediatamente antes ou depois da explosão. Esta ausência de mistura é prevista por modelos computacionais detalhados de estrelas massivas perto do fim das suas vidas.

Há várias implicações significativas para este tumulto interno da estrela condenada. Primeiro, pode explicar diretamente a forma assimétrica, em vez de simétrica, do remanescente Cas A em três dimensões. Em segundo lugar, uma explosão assimétrica e um campo de detritos podem ter dado um poderoso pontapé ao núcleo remanescente da estrela, agora uma estrela de neutrões, explicando a elevada velocidade observada deste objeto.

Finalmente, os fortes fluxos turbulentos criados pelas mudanças internas da estrela podem ter promovido o desenvolvimento da onda de choque da supernova, facilitando a explosão da estrela.

"Talvez o efeito mais importante desta alteração na estrutura da estrela seja o facto de poder ter ajudado a desencadear a própria explosão", disse o coautor Hiroyuki Uchida, também da Universidade de Quioto. "Esta atividade interna final de uma estrela pode mudar o seu destino - se vai brilhar como uma supernova ou não".

Estes resultados foram publicados na edição mais recente da revista The Astrophysical Journal e estão disponíveis online.

// Chandra/Harvard (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv)

Quer saber mais?

Cassiopeia A:
Wikipedia

Remanescente de supernova:
NASA
Wikipedia
CCVAlg - Astronomia

Supernova:
Wikipedia

Observatório de raios X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
Wikipedia