Os astrónomos descobriram o que poderá ser uma estrela massiva a explodir enquanto tenta engolir um buraco negro que a acompanha, oferecendo uma explicação para uma das mais estranhas explosões estelares alguma vez observadas.

A descoberta foi feita por uma equipa liderada pelo Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian e pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology), no âmbito do levantamento YSE (Young Supernova Experiment).

A explosão, designada SN 2023zkd, foi descoberta pela primeira vez em julho de 2023 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility). Um novo algoritmo de inteligência artificial concebido para detetar explosões invulgares em tempo real foi o primeiro a detetar a explosão, e esse alerta precoce permitiu que os astrónomos iniciassem imediatamente observações de acompanhamento - um passo essencial para captar a história completa da explosão. Quando a explosão terminou, já tinha sido observada por um grande conjunto de telescópios, tanto no solo como a partir do espaço.

Os cientistas pensam que a interpretação mais provável é que a estrela massiva estava presa numa órbita mortal com um buraco negro. À medida que a energia da órbita se perdia, a sua separação diminuiu até que a supernova foi desencadeada pelo stress gravitacional da estrela, que engoliu parcialmente o buraco negro.

"A nossa análise mostra que a explosão foi desencadeada por um encontro catastrófico com um buraco negro companheiro, e é a evidência mais forte até à data de que tais interações próximas podem realmente detonar uma estrela", disse Alexander Gagliano, autor principal do estudo e membro do IAIFI (Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions) da NSF (National Science Foundation). "O nosso sistema de aprendizagem de máquina sinalizou SN 2023zkd meses antes do seu comportamento mais invulgar, o que nos deu tempo suficiente para garantir as observações críticas necessárias para desvendar esta explosão extraordinária".

Uma interpretação alternativa considerada pela equipa é que o buraco negro despedaçou completamente a estrela antes que esta pudesse explodir por si própria. Nesse caso, o buraco negro puxou rapidamente os detritos da estrela e a emissão da supernova foi gerada quando os detritos colidiram com o gás que os rodeava. Em ambos os casos, um único buraco negro, mais massivo, é deixado para trás.

Localizada a cerca de 730 milhões de anos-luz da Terra, SN 2023zkd parecia inicialmente uma supernova típica, com uma única explosão de luz. Mas quando os cientistas seguiram o seu declínio ao longo de vários meses, fez algo inesperado: voltou a brilhar. Para compreender este comportamento invulgar, os cientistas analisaram dados de arquivo, que revelaram algo ainda mais invulgar: o sistema aumentou lentamente de brilho ao longo de mais de quatro anos antes da explosão. Este tipo de atividade a longo prazo, pré-explosão, é raramente visto em supernovas.

Análises detalhadas revelaram que a luz da explosão foi moldada pelo material que a estrela tinha libertado nos anos anteriores à sua morte. O brilho inicial foi causado pela onda de explosão da supernova que atingiu gás de baixa densidade. O segundo pico, mais tardio, foi causado por uma colisão mais lenta, mas sustentada, com uma nuvem espessa, semelhante a um disco. Esta estrutura - e o comportamento errático da estrela antes da explosão - sugerem que a estrela moribunda estava sob extrema tensão gravitacional, provavelmente de uma companheira compacta próxima, como um buraco negro.

"2023zkd mostra alguns dos sinais mais claros que já vimos de uma estrela massiva a interagir com uma companheira nos anos anteriores à explosão", disse V. Ashley Villar, professora assistente de astronomia do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian na Faculdade de Artes e Ciências de Harvard e coautora do estudo. "Pensamos que isto pode fazer parte de toda uma classe de explosões ocultas que a IA nos ajudará a descobrir".

"Esta descoberta mostra como é importante estudar a forma como as estrelas massivas interagem com as suas companheiras à medida que se aproximam do fim das suas vidas", disse Gagliano. "Há já algum tempo que sabemos que a maioria das estrelas massivas se encontram em binários, mas apanhar uma no ato de troca de massa pouco antes de explodir é incrivelmente raro".

Com o Observatório Vera C. Rubin a revelar recentemente as suas primeiras imagens e a preparar-se para observar todo o céu de poucas em poucas noites, esta descoberta marca um vislumbre do que está para vir. Novos e poderosos observatórios, combinados com sistemas de IA em tempo real, permitirão em breve que os astrónomos descubram muitas mais explosões raras e complexas e comecem a mapear a forma como estrelas massivas vivem e morrem em sistemas binários.

O levantamento YSE continuará a complementar o Rubin, utilizando os telescópios Pan-STARRS1 e Pan-STARRS2 para identificar supernovas pouco depois da explosão. Esta abordagem oferece uma forma económica de estudar o Universo próximo e dinâmico.

"Estamos agora a entrar numa era em que podemos captar automaticamente estes eventos raros à medida que ocorrem, e não apenas após o facto", disse Gagliano. "Isso significa que podemos finalmente começar a ligar os pontos entre a forma como uma estrela vive e como morre, e isso é incrivelmente excitante".

// Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia em Santa Cruz (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)

Quer saber mais?

SN 2023zkd:
Transient Name Server

Supernova:
Wikipedia
Supernova do Tipo IIn (Wikipedia)

Buraco negro:
Wikipedia

ZTF (Zwicky Transient Facility):
Caltech
ipac
Wikipedia

Levantamento YSE (Young Supernova Experiment):
Página principal

Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System):
STScI
Universidade do Hawaii
Wikipedia

Observatório Vera C. Rubin:
Página principal
Wikipedia
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