Esta nebulosa revela papel das "partículas fantasmas" em explosões de supernova

Um modelo teórico proposto na década de 1980 para explicar as explosões de supernovas recebeu agora, quase 40 anos depois, uma forte evidência observacional. O modelo descreve o papel dos neutrinos nos processos que levam o material de uma estrela massiva em colapso a ser ejetado, até sobrar um núcleo denso — uma estrela de nêutrons.

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Para que uma estrela exploda em supernova, é preciso cerca de oito vezes a massa do Sol. Quando esse tipo de astro fica sem combustível para queimar e manter o equilíbrio entre pressão e gravidade, ocorre um dos eventos mais energéticos conhecidos do universo. Compreender como isso ocorre é importante para descobrir coisas como a origem dos elementos produzidos por essas estrelas, por exemplo.

Já os neutrinos são famosos por serem extremamente leves, característica que lhes garantiu a fama de "partículas fantasmas". Eles são cerca de 5 milhões de vezes mais leves do que um elétron e, por isso, quase não interagem com a matéria. Produzidos por estrelas como o nosso Sol, eles voam por toda a parte, inclusive através dos nossos corpos, o tempo todo.

Ao analisar de uma supernova simulada em computador, os pesquisadores Hans A. Bethe e James R. Wilson descobriram em 1985 que os neutrinos poderiam desempenhar um papel importante na explosão de uma estrela mais massiva que o Sol. Como são produzidos nos núcleos das estrelas, essas partículas seriam absorvidas nas camadas externas, ajudando a separá-las do núcleo estelar.

Embora apenas uma ínfima fração da energia dos neutrinos possa ser absorvida pela matéria estelar, isso seria o suficiente para ejetar a parte externa da estrela e deixar apenas a massa necessária para formar uma estrela de nêutrons, de acordo com o estudo de 1985. "O aquecimento dos neutrinos estabelece um gradiente de pressão suficiente para empurrar o material além de cerca de 150 km para fora", escreveram eles. Além disso, os neutrinos presos criariam plumas de material de alta entropia, resultando em bolhas ricas em metais como titânio e cromo.

Agora, um novo estudo mostrou que esse modelo está, provavelmente, correto. Os autores encontraram fortes evidências ao detectar titânio e cromo em plumas ricas em ferro do remanescente de supernova conhecido como Cassiopeia A. Isso é exatamente o que foi previsto pela simulação de Bethe e Wilson. A descoberta foi feita através da análise espectral de dados do Observatório de raios-X Chandra.

É muito difícil dizer se os neutrinos realmente desempenham esse papel na explosão de supernovas, afinal, o processo ocorre no núcleo de uma estrela em colapso. Além de ser impossível chegar perto de algo assim, os astrônomos ainda não tiveram a oportunidade de acompanhar uma explosão estelar do início ao fim. Mas os rastros deixados nos remanescentes dão importantes pistas sobre o que aconteceu quando houve a explosão. "As composições químicas que medimos sugerem fortemente que esses materiais foram impulsionados por ventos movidos por neutrinos da superfície da estrela de nêutrons", disseram os autores do novo estudo.

A equipe agora pretende realizar novas simulações numéricas usando supercomputadores para modelar este processo com mais detalhes. Com mais poder computacional e mais informações sobre o universo do que tínhamos na década de 1980, é possível que a simulação mostre algumas novidades sobre os mecanismos internos de uma supernova.

Fonte: Phys.org