O Observatório Chandra descobre que restos de estrelas 'mortas' estão 'piscando' na galáxia vizinha M83

Por décadas, a morte de uma estrela massiva foi considerada um espetáculo grandioso, mas com um final previsível: um lento e silencioso apagar. Após a explosão inicial da supernova, a nuvem remanescente de gás quente e detritos — conhecida como remanescente de supernova — deveria simplesmente esfriar e perder seu brilho ao longo dos séculos. Mas um novo estudo de 14 anos da galáxia espiral vizinha Messier 83 (M83) está virando essa suposição de cabeça para baixo.

Usando dados do Observatório de Raios X Chandra da NASA, pesquisadores identificaram 22 fontes de raios X ligadas a remanescentes de supernovas em M83. Eles descobriram que quase metade desses remanescentes não está desaparecendo silenciosamente. Em vez disso, estão piscando — aumentando e diminuindo seu brilho de forma dramática ao longo de períodos de poucos anos .

"Sabemos que fontes individuais de raios X podem variar enormemente, mas descobrir que tantos remanescentes de supernova estão fazendo isso foi uma grande surpresa", disse Andrea Prestwich, astrônoma da Universidade Católica da América que liderou o estudo. "Algo incomum está definitivamente acontecendo dentro desses objetos" . As descobertas foram apresentadas em uma reunião da Sociedade Astronômica Americana e publicadas no The Astrophysical Journal .

O mistério dos remanescentes inquietos

Remanescentes de supernova são tipicamente centenários ou milenares. Conforme a onda de choque inicial da explosão perde energia, espera-se que o gás quente irradie seus raios X e se torne progressivamente mais fraco. A população em M83, localizada a cerca de 15 milhões de anos-luz da Terra, não está seguindo o roteiro .

Das 22 fontes emissoras de raios X analisadas durante a janela de observação de 14 anos (de 2000 a 2014), cerca de metade apresentou mudanças mensuráveis de brilho. Não foi uma cintilação sutil; as variações foram significativas o suficiente para serem óbvias nos dados, com algumas fontes brilhando e escurecendo em quantidades substanciais em intervalos irregulares .

Apenas um dos remanescentes variáveis tem uma explicação simples. Designado como SN 1957D, este remanescente foi observado enquanto lançava seus detritos de alta velocidade contra uma região densa de gás ao redor. A colisão está produzindo uma explosão de material aquecido pelo choque e emissão extra de raios X, o que explica suas erupções. Para os outros mais de dez remanescentes que piscam, a causa é menos clara .

Zumbis estelares: Binárias e acreção de 'restos'

A equipe de pesquisa apresentou duas teorias principais para a misteriosa cintilação, e ambas sugerem que esses não são simplesmente restos "mortos", mas sistemas que ainda estão ativamente consumindo material.

Cenário da estrela companheira sobrevivente: Muitas estrelas massivas nascem em pares binários. Quando a mais massiva das duas explode, ela pode deixar para trás um objeto compacto e denso — uma estrela de nêutrons ou um buraco negro — enquanto sua companheira permanece intacta. A gravidade do remanescente pode então puxar material estelar da companheira sobrevivente. À medida que esse gás espirala para dentro, ele se aquece a milhões de graus, criando um poderoso sistema binário de raios X. A taxa imprevisível dessa transferência de material poderia causar a cintilação observada .

Acreção de 'restos' (fallback accretion): Em vez de uma estrela doadora, o recém-formado buraco negro ou estrela de nêutrons pode estar recapturando uma parte dos detritos que foram lançados para fora na supernova original. Essa "reciclagem cósmica", em que parte do material não consegue escapar da atração gravitacional e cai de volta no objeto central, também produziria emissões variáveis de raios X .

Essas explicações não são mutuamente exclusivas, e é possível que ambos os processos estejam em ação entre os diferentes remanescentes da amostra. A evidência para a teoria da estrela binária é fortalecida pela localização dos remanescentes cintilantes — eles são encontrados em bolsões de M83 que têm maiores concentrações de estrelas jovens e massivas, exatamente onde se esperaria encontrar binárias de raios X de alta massa .

Uma surpresa semelhante em outra galáxia

M83 não é um caso isolado. Um estudo de acompanhamento da Galáxia do Redemoinho (M51) revelou uma população comparável de fontes variáveis de raios X associadas a remanescentes de supernova. A descoberta desse padrão em uma segunda galáxia com formação estelar sugere que os remanescentes cintilantes podem ser uma fase comum, mas anteriormente ignorada, da vida após a morte estelar no universo .

Descoberta bônus: Uma supernova 'vizinha' de um buraco negro

Em uma descoberta não relacionada, mas igualmente fascinante, o Chandra e o satélite XMM-Newton da Agência Espacial Europeia descobriram evidências de um remanescente de supernova em um dos ambientes mais extremos que se possa imaginar. Os destroços foram encontrados perto de Sagittarius A* (Sgr A*), o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, a cerca de 26.000 anos-luz da Terra .

Os astrônomos estimam que a estrela que criou esses detritos explodiu há relativamente pouco tempo, cerca de 1.700 anos atrás. O remanescente resultante, localizado perto de uma região chamada Sagittarius C, está se expandindo a aproximadamente 3,2 milhões de quilômetros por hora. Se a identificação for confirmada, este seria o remanescente de supernova mais próximo já descoberto do buraco negro central da nossa galáxia .

A descoberta, também publicada no The Astrophysical Journal, coloca uma explosão estelar em uma vizinhança violenta dominada por gravidade extrema, campos magnéticos densos e nuvens de gás sendo agitadas em alta velocidade. Estudar um remanescente neste ambiente oferece aos astrônomos um laboratório único para entender como a matéria se comporta nos campos gravitacionais mais poderosos do universo .