SN 2024ggi foi notada pela primeira vez na noite de 10 de abril de 2024, horário local. Naquele momento, Yi Yang, professor assistente da Universidade de Tsinghua em Pequim, China, e autor principal do estudo, acabava de chegar a San Francisco após um longo voo. Percebendo a urgência, ele agiu rapidamente. Doze horas depois, ele enviou um pedido de observação ao ESO, que o aprovou logo em seguida. Em 11 de abril, apenas 26 horas após a descoberta, o VLT no Chile já estava observando o evento.

Uma Explosão Rara Próxima

A supernova está localizada na galáxia NGC 3621, na direção da constelação Hidra, aproximadamente a 22 milhões de anos-luz de distância. Para os astrônomos, essa distância é próxima o suficiente para investigar a explosão em detalhes finos. Usando o VLT e instrumentos especializados, a equipe internacional capturou o comportamento inicial da explosão. “As primeiras observações do VLT capturaram a fase em que a matéria acelerada pela explosão próximo ao centro da estrela disparou através da superfície da estrela. Por algumas horas, a geometria da estrela e sua explosão puderam, e foram, observadas juntas”, diz Dietrich Baade, um astrônomo do ESO na Alemanha e coautor do estudo, publicado em 12 de novembro na Science Advances.

“A geometria de uma explosão de supernova fornece informações fundamentais sobre a evolução estelar e os processos físicos que levam a esses fogos-de-artifício cósmicos”, explica Yang. Os cientistas ainda estão investigando os passos exatos que desencadeiam as explosões de estrelas massivas, que são definidas como estrelas com mais de oito vezes a massa do Sol. SN 2024ggi começou como uma supergigante vermelha, com uma massa entre 12 e 15 vezes a do Sol e um raio 500 vezes maior. Isso a torna um exemplo clássico de uma estrela massiva se aproximando do final de sua vida.

O Que Acontece Quando uma Estrela Massiva Fica sem Combustível

Durante toda a sua vida, uma estrela mantém uma forma esférica estável porque a gravidade puxa para dentro enquanto a pressão da fusão nuclear empurra para fora. Quando a estrela esgota seu combustível, esse equilíbrio colapsa. O núcleo cede, as camadas ao redor caem para dentro e então rebatem contra o denso centro. Esse rebote lança uma onda de choque que viaja para fora, acabando por despedaçar a estrela.

Uma vez que o choque atinge a superfície, a energia é liberada em quantidades enormes e a supernova se torna visível. Durante a breve janela antes que a explosão interaja com o material circundante, os astrônomos podem estudar a forma inicial da explosão.

Revelando Geometria Oculta com Espectropolarimetria

Para capturar essa estrutura inicial, os astrônomos utilizaram uma técnica chamada ‘espectropolarimetria’. “A espectropolarimetria fornece informações sobre a geometria da explosão que outros tipos de observação não podem oferecer, pois as escalas angulares são muito pequenas”, diz Lifan Wang, coautor e professor da Universidade Texas A&M, nos EUA, que começou sua carreira como estudante no ESO. Embora a estrela em explosão apareça como um único ponto de luz, a polarização dessa luz contém sinais sutis sobre a forma da explosão, que a equipe conseguiu decifrar.^[1]

O instrumento FORS2 do VLT, a única instalação no hemisfério sul capaz de fazer esse tipo de medição, revelou que o primeiro jato de material se assemelhava à forma de uma oliveira. À medida que a explosão se expandiu e encontrou o material ao redor da estrela, a forma ficou mais achatada, embora o eixo de simetria tenha permanecido consistente. Yang observa que “essas descobertas sugerem um mecanismo físico comum que impulsiona a explosão de muitas estrelas massivas, que apresenta uma simetria axial bem definida e atua em grandes escalas”.

Avançando a Ciência das Supernovas Através da Colaboração Global

Essas observações permitem que os cientistas diminuam alguns modelos existentes e refinem outros, melhorando nossa compreensão das mortes de estrelas massivas. “Essa descoberta não apenas remodela nossa compreensão das explosões estelares, mas também demonstra o que pode ser alcançado quando a ciência transcende fronteiras”, diz o coautor e astrônomo do ESO, Ferdinando Patat. “É um poderoso lembrete de que a curiosidade, a colaboração e a ação rápida podem desbloquear profundas percepções sobre a física que molda nosso Universo.”

Notas

1. Partículas de luz (fótons) possuem uma propriedade chamada polarização. Em uma esfera, a forma da maioria das estrelas, a polarização dos fótons individuais se cancela, de modo que a polarização líquida do objeto é zero. Quando os astrônomos medem uma polarização líquida não zero, podem usar essa medição para inferir a forma do objeto — uma estrela ou uma supernova — que emitiu a luz observada.

Esta pesquisa foi apresentada em um artigo publicado na Science Advances.

A equipe é composta por Y. Yang (Departamento de Física, Universidade de Tsinghua, China [Universidade de Tsinghua]), X. Wen (Escola de Física e Astronomia, Universidade Normal de Pequim, China [Universidade Normal de Pequim] e Universidade de Tsinghua), L. Wang (Departamento de Física e Astronomia, Universidade Texas A&M, EUA [Universidade Texas A&M] e George P. e Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics & Astronomy Texas A&M University, EUA [IFPA Texas A&M University]), D. Baade (Organização Europeia para Investigação Astronômica no Hemisfério Sul, Alemanha [ESO]), J. C. Wheeler (Universidade do Texas em Austin, EUA), A. V. Filippenko (Departamento de Astronomia, Universidade da Califórnia, Berkeley, EUA [UC Berkeley] e Hagler Institute for Advanced Study, Universidade Texas A&M, EUA), A. Gal-Yam (Departamento de Física de Partículas e Astrofísica, Instituto Weizmann de Ciência, Israel), J. Maund (Departamento de Física, Royal Holloway, Universidade de Londres, Reino Unido), S. Schulze (Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica, Universidade Northwestern, EUA), X. Wang (Universidade de Tsinghua), C. Ashall (Departamento de Física, Virginia Tech, EUA e Instituto de Astronomia, Universidade do Havai em Manoa, EUA), M. Bulla (Departamento de Física e Ciência da Terra, Universidade de Ferrara, Itália e INFN, Sezione di Ferrara, Itália e INAF, Observatório Astronômico de Abruzzo, Itália), A. Cikota (Observatório Gemini/NSF NOIRLab, Chile), H. Gao (Universidade Normal de Pequim e Instituto de Fronteira em Astronomia e Astrofísica, Universidade Normal de Pequim, China), P. Hoeflich (Departamento de Física, Universidade Estadual da Flórida, EUA), G. Li (Universidade de Tsinghua), D. Mishra (Universidade Texas A&M e IFPA Texas A&M University), Ferdinando Patat (ESO), K. C. Patra (Califórnia e Departamento de Astronomia e Astrofísica, Universidade da Califórnia, Santa Cruz, EUA), S. S. Vasylyev (UC Berkeley), S. Yan (Universidade de Tsinghua).