A supernova SN2021yfj surpreende astrónomos a 2,2 mil milhões de anos-luz

Uma estrela a explodir no fim da sua vida abanou o cosmos de uma forma sem paralelo em tudo o que a Humanidade já tinha observado.

Em 2021, astrónomos acompanharam, estupefactos, a floração de uma supernova a 2,2 mil milhões de anos-luz, batizada SN2021yfj. O brilho revelou um espectro invulgarmente rico em silício, enxofre e árgon - uma combinação nunca antes identificada num astro em explosão.

Uma supernova SN2021yfj como nunca se viu

Segundo uma equipa liderada pelo astrofísico Steve Schulze, da Northwestern University, nos EUA, este material constitui a primeira prova direta das conchas concêntricas de elementos diferentes que a teoria prevê no interior das estrelas massivas. Ao mesmo tempo, reforça o modelo do ciclo de vida estelar e amplia o que sabemos sobre a forma como as estrelas mais massivas chegam ao fim.

"Este evento, literalmente, não se parece com nada que alguém já tenha visto", afirma o astrofísico Adam Miller, também da Northwestern University.

"Era quase tão estranho que achámos que talvez não tivéssemos observado o objeto correto. Esta estrela está a dizer-nos que as nossas ideias e teorias sobre como as estrelas evoluem são demasiado estreitas. Não é que os nossos manuais estejam errados, mas é evidente que não captam totalmente tudo o que a natureza produz. Tem de haver vias mais exóticas para uma estrela massiva terminar a sua vida que não tínhamos considerado."

Camadas concêntricas e fusão no interior das estrelas massivas

A vida das estrelas é alimentada pela fusão nos seus núcleos - onde a pressão e a temperatura são tão extremas que os átomos são comprimidos até se fundirem, gerando elementos mais pesados. Nas estrelas massivas, o hidrogénio funde-se em hélio; o hélio funde-se em carbono; e assim sucessivamente, até ao ponto em que o enxofre e o silício se fundem para formar ferro.

O ferro é o limite, porque a sua fusão consome mais energia do que a que liberta - o verdadeiro prenúncio da morte da estrela. Ainda assim, ao longo da sua existência, prevê-se que os diferentes elementos produzidos se organizem em camadas, como uma cebola, com os mais pesados no centro e os mais leves - hidrogénio e hélio - nas regiões externas.

Quando ocorre a explosão, os astrónomos costumam detetar sobretudo as assinaturas desses elementos leves no material ejectado, e pouco do que é mais pesado, geralmente apenas até ao carbono e ao oxigénio na cadeia. O facto de, na SN2021yfj, dominarem elementos mais pesados sugere que terá existido um período prévio muito mais turbulento do que o habitual antes do evento final e explosivo.

"Esta é a primeira vez que vimos uma estrela que estava, essencialmente, reduzida ao osso", diz Schulze. "Mostra-nos como as estrelas são estruturadas e prova que as estrelas podem perder muito material antes de explodirem. Não só podem perder as suas camadas mais externas, como podem ser completamente despidas até muito mais fundo e, ainda assim, produzir uma explosão brilhante que conseguimos observar a distâncias muito, muito grandes."

O que poderá ter acontecido antes da explosão

O intervalo que antecede a morte de uma estrela massiva é marcado pela instabilidade. Antes da supernova, a estrela perde uma parte substancial das suas camadas exteriores através de uma sequência de erupções. Como o silício, o enxofre e o árgon só se encontram perto do núcleo no final da vida estelar, isto indica que, de algum modo, a estrela no centro da SN2021yfj conseguiu perder muito, muito mais massa do que uma estrela explosiva típica.

O modo exato como tal terá acontecido permanece desconhecido, mas os investigadores propõem um cenário em que os estertores finais vão, gradualmente, desintegrando a estrela. À medida que o núcleo esgota o combustível, vai sendo continuamente comprimido para dentro pela gravidade, enquanto a pressão para fora - fornecida pela fusão - enfraquece.

Esse aumento de pressão interna e de calor reativa então a fusão num episódio explosivo, que arranca parte do material exterior. A repetição deste processo teria feito com que grande parte da massa estelar fosse sendo removida, como um casaco abandonado, formando uma concha de material a expandir-se para longe da estrela.

Os investigadores explicam que, na explosão final, o material ejectado pela supernova - mais rápido - teria alcançado e embatido nessa concha, originando a intensa luminosidade observada a milhares de milhões de anos-luz no Universo. Ainda assim, serão necessários mais dados para confirmar esta hipótese.

"Embora tenhamos uma teoria para a forma como a natureza criou esta explosão em particular", diz Miller. "Eu não apostaria a minha vida que está correta, porque ainda só temos um exemplo descoberto. Esta estrela realça mesmo a necessidade de encontrar mais destas supernovas raras para compreendermos melhor a sua natureza e como se formam."

A investigação foi publicada na Nature.