Impressão de artista de uma estrela supergigante vermelha, no seu ano final, a emitir uma nuvem tumultuosa de gás. Isto sugere que pelo menos algumas destas estrelas devem sofrer alterações significativas antes de explodirem como supernovas.
Crédito: Observatório W. M. Keck/Adam Makarenko
Pela primeira vez, os astrónomos viram em "tempo real" o fim dramático da vida de uma supergigante vermelha, observando a rápida autodestruição e morte da estrela antes de se transformar numa supernova do Tipo II.
Usando dois telescópios no Hawaii - o Pan-STARRS do Instituto de Astronomia da Universidade do Hawaii em Haleakalā, Maui e o Observatório W. M. Keck em Maunakea, Hawaii - uma equipa de investigadores que trabalhava no levantamento YSE (Young Supernova Experiment) observou a supergigante vermelha durante os seus últimos 130 dias, que culminou na sua detonação mortal.
"Este é um avanço na nossa compreensão do que as estrelas massivas fazem momentos antes de morrerem," diz Wynn Jacobson-Galán, da Universidade da Califórnia em Berkeley e autor principal do estudo. "A deteção direta de atividade pré-supernova numa estrela supergigante vermelha nunca tinha sido observada antes numa supernova comum do Tipo II. Pela primeira vez, vimos uma estrela supergigante vermelha explodir!"
A descoberta foi publicada na revista The Astrophysical Journal.
O Pan-STARRS detetou pela primeira vez a estrela massiva condenada no verão de 2020 graças à enorme quantidade de luz que irradiava. Alguns meses mais tarde, no outono de 2020, uma supernova iluminou o céu.
A equipa rapidamente capturou o poderoso flash e obteve o primeiro espectro da explosão energética, denominada SN 2020tlf, usando o instrumento LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) do Keck. Os dados mostraram evidências diretas de material circunstelar denso em redor da estrela no momento da explosão, provavelmente o mesmo gás que o Pan-STARRS tinha fotografado a ser ejetado violentamente no início do verão.
"O Keck foi fundamental para fornecer evidências diretas de uma estrela gigante a transitar para uma explosão de supernova," diz a autora sénior Raffaella Margutti, professora associada de astronomia na Universidade da Califórnia em Berkeley. "É como ver uma bomba-relógio a fazer tic-tac. Nunca tínhamos confirmado uma atividade tão violenta numa estrela supergigante vermelha moribunda, onde a vemos produzir uma emissão tão luminosa, depois colapsar e entrar em combustão, até agora."
A equipa continuou a monitorizar SN 2020tlf após a explosão; com base nos dados obtidos pelos instrumentos DEIMOS (DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph) e NIRES (Near Infrared Echellette Spectrograph) do Observatório Keck, determinaram que a supergigante vermelha progenitora de SN 2020tlf, localizada na galáxia NGC 5731, a cerca de 120 milhões de anos-luz de distância, era 10 vezes mais massiva do que o Sol.
A descoberta desafia as ideias anteriores de como as estrelas supergigantes vermelhas evoluem mesmo antes de explodirem. Antes deste evento, todas as supergigantes vermelhas observadas antes da explosão estavam relativamente quiescentes: não mostravam qualquer evidência de erupções violentas ou emissão luminosa, como foi observado antes de SN 2020tlf. Contudo, esta nova deteção de radiação luminosa proveniente de uma supergigante vermelha no seu último ano antes da explosão sugere que pelo menos algumas destas estrelas devem sofrer alterações significativas na sua estrutura interna, o que resulta então na ejeção tumultuosa de gás momentos antes do seu colapso.
Margutti e Jacobson-Galán realizaram a maior parte do estudo durante o tempo que estiveram na Universidade Northwestern, em que Margutti desempenhou funções como Professora Associada de Física e Astronomia no CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics), e Jacobson-Galán como estudante.
A descoberta da equipa abre um caminho para levantamentos transientes como o YSE "caçarem" radiação luminosa proveniente de supergigantes vermelhas, e para reunirem mais evidências de que tal comportamento pode assinalar a destruição iminente de uma estrela massiva.
"Estou muito entusiasmado com todas as novas incógnitas que foram 'desbloqueadas' por esta descoberta," diz Jacobson-Galán. "A deteção de mais eventos como SN 2020tlf terá um impacto dramático na forma como definimos os meses finais da evolução estelar, unindo observadores e teóricos na busca por uma solução do mistério de como as estrelas massivas passam os momentos finais das suas vidas."
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