O que são e quem descobriu as supernovas?

O que são e quem descobriu as supernovas?

Por Danielle Cassita | Editado por Patrícia Gnipper | 11 de Maio de 2021 às 17h50
ESO/L. Calçada

Quando uma estrela massiva chega ao fim de sua vida, ela pode causar uma explosão tão luminosa e tão potente que é capaz tanto de ofuscar galáxias inteiras, quanto liberar mais energia do que o Sol será capaz de emitir durante toda sua vida. Essas explosões são conhecidas como supernovas e estão entre as mais poderosas que acontecem no espaço.

O universo abriga vários remanescentes de antigas supernovas, que são o que restou após explosões de estrelas que chegaram ao fim de suas vidas. Além disso, se considerarmos a Via Láctea e suas (quase) 200 bilhões de estrelas, é possível que haja uma supernova ocorrendo, em média, a cada 50 anos.

Aliás, as supernovas são também um excelente exemplo de como o fim das estrelas é essencial para dar início a outros processos, já que são elas que espalham pelo meio interestelar os elementos pesados produzidos em seus núcleos. Assim, estes elementos se reorganizam para formar novas estrelas, planetas e tudo mais que existe em nosso planeta — incluindo nós. Como já disse Carl Sagan: "somos todos feitos de poeira das estrelas".

Quer ficar por dentro das melhores notícias de tecnologia do dia? Acesse e se inscreva no nosso novo canal no youtube, o Canaltech News. Todos os dias um resumo das principais notícias do mundo tech para você!

Saiba mais sobre as supernovas, quem as descobriu e como elas se formam:

Quem descobriu as supernovas?

De forma bem resumida, as supernovas ocorrem quando as estrelas explodem ao fim de suas vidas. Dito isso, embora seja praticamente impossível saber com precisão qual foi a primeira estrela deste tipo a explodir, existem registros da supernova mais antiga já observada.

Durante o ano de 185 a.C., os astrônomos da China antiga olharam para o céu noturno e observaram que, ali, havia algo que se parecia com uma estrela nova — ela brilhava e não parecia se mover, ou seja, não podia se tratar de um cometa. O ponto de luz continuou no céu por cerca de oito meses, até que simplesmente desapareceu. O surgimento dessa "estrela visitante" foi registrada no Livro do Han Posterior, que descreve a história da China do ano 25 ao 220.

Imagem do remanescente de supernova RCW 86, feita pelo telescópio espacial Spitzer e Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) (Imagem: Reprodução/NASA/JPL-Caltech/UCLA)

Com a ajuda dos telescópios modernos e outros instrumentos, astrônomos descobriram os detalhes do evento: o ponto luminoso era, na verdade, uma supernova, que recebeu o nome de SN 185. Em 2006, uma equipe de cientistas descobriu que o remanescente de supernova chamado de RCW 86 era o que sobrou da SN 185, observada pelos chineses. A localização correspondia aos registros históricos e, além disso, os cálculos mostraram que a estrela em questão explodiu havia cerca de 2 mil anos.

Outras supernovas foram observadas posteriormente. Em 1054, astrônomos chineses notaram outra “estrela” próxima de Zeta Tauri, localizada na constelação de Taurus, o Touro. Contudo, ainda demorou para o termo “supernova” aparecer: foi somente em 1572 que o astrônomo Tycho Brahe notou um objeto brilhante na constelação Cassiopeia. Ele descreveu a observação dessa “nova estrela” em seu livro De nova stella, o que deu destaque ao nome “nova”.

O que restou da supernova observada por Tycho Brahe (Imagem: Reprodução/NASA/CXC/RIKEN & GSFC/T. Sato et al/DSS)

Embora tanto as novas quanto as supernovas sejam explosões súbitas e brilhantes que expelem gases em altíssimas temperaturas, existem diferenças importantes, já que as supernovas são muito mais intensas e sinalizam que a estrela bastante massiva chegou ao fim de sua vida. Ainda demorou alguns séculos até este termo ser usado, o que ocorreu somente na década de 1930, quando Walter Baade e Fritz Zwicky o empregaram para se referir a um evento violento que observaram na galáxia de Andrômeda que, hoje, conhecemos como a supernova SN 1885A.

Mas, afinal, o que são supernovas?

Para entender o que são as supernovas, precisamos entender, primeiro, o ciclo da vida das estrelas. Todas elas nascem a partir de nuvens de gás e poeira, mas o que determina o ciclo e seu fim é a sua massa. É por isso que as estrelas menos massivas podem "morrer" como anãs brancas, enquanto aquelas que tenham pelo menos oito vezes a massa do Sol podem se tornar supernovas ou buracos negros, como no caso daquelas muito mais massivas.

O noso Sol, por exemplo, terá um destino mais tranquilo do que outras estrelas com mais massa: como ele não é massivo o suficiente para explodir em uma supernova, quando seu combustível acabar, as camadas do Sol vão se expandir até que ele se torne uma gigante vermelha — mas essa não é exatamente uma boa notícia para a Terra, já que nosso planeta e os demais do Sistema Solar interno provavelmente serão engolidos e, consequentemente, destruídos nesta etapa. Depois, a estrela ficará instável e suas camadas externas serão dissipadas, formando uma nebulosa planetária. Ao fim, restará apenas uma anã branca, formada pelo núcleo do Sol.

Representação do Sol, quando se tornar uma destruidora gigante vermelha (Imagem: Reprodução/Wikimedia commons/fsgregs)

Já no caso das estrelas mais massivas, o cenário é um pouco diferente. Elas produzem enormes quantidades de energia com a fusão nuclear — seu centro se aquece e gera pressão, que é essencial para impedir o colapso sobre sua própria estrutura, pois, enquanto a gravidade tenta comprimi-la o máximo o possível, a pressão criada pelas reações do núcleo resiste à força gravitacional. O problema é que, em algum momento, essa estrela massiva vai ficar sem combustível e vai esfriar.

Com a mudança de temperatura, a pressão é reduzida e a gravidade "vence", o que causa o colapso da estrela. Esse processo é tão rápido que emite enormes ondas de choque, fazendo com que a parte mais externa exploda — e é aí que temos uma supernova. Além de extremamente luminosa, essa energia em expansão consegue espalhar alguns compostos essenciais para a formação do núcleo de outras estrelas, como o hidrogênio, hélio e carbono. Depois, o que sobrar do processo forma uma nebulosa.

Então, se considerarmos as bilhões de estrelas que existem nas inúmeras galáxias do universo, é bem provável que, neste momento, exista alguma estrela tornando-se uma supernova em algum lugar.

Os tipos de supernovas

As supernovas podem ter diferentes causas, mas todas elas envolvem uma estrela detonada repentinamente. Hoje, os astrônomos trabalham com dois tipos principais, do Tipo I e Tipo II, conforme a classificação criada pelos astrônomos Rudolph Minkowski e Fritz Zwicky com base no espectro delas. Assim, as supernovas do Tipo I, divididas em subtipos Ia, Ib e Ic, não têm hidrogênio em seu espectro, mas as do Tipo II, sim.

As supernovas do Tipo II são as mais comuns e ocorrem quando uma grande estrela com oito e 40 vezes a massa do Sol colapsa pela falta de combustível, passando pelo processo que descrevemos acima. Os subtipos Ib e Ic lembram as supernovas do Tipo II porque também ocorrem com o colapso da estrela, mas, nesses casos, a estrela perdeu suas camadas mais externas antes de colapsar: as do Tipo Ib perderam sua camada rica em hidrogênio, enquanto as do Tipo Ic perderam esta e a camada seguinte, de hélio.

O remanescente de supernova G299.2-2.9, que é o que restou de uma supernova do tipo Ia (Imagem: Reprodução/NASA/CXC/U. Texas at Arlington/S.Park et al, ROSAT;2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF)

Finalmente, chegamos à supernova do Tipo I. Este fenômeno acontece nos sistemas estelares binários, em que uma destas estrelas é uma anã branca que rouba matéria de sua companheira. Como as anãs brancas são o que sobra de estrelas menores, (as que tenham até oito vezes a massa do Sol) que chegam ao fim da vida, elas são extremamente densas. Uma simples colher de chá do material delas pesaria cerca de 15 toneladas.

O interior delas já não realiza mais a fusão nuclear, mas isso muda se conseguirem material suficiente para chegar a mais de 1,44 vez a massa do Sol. No caso do sistema binário, a enorme gravidade da anã branca puxa material de sua companheira, que se acumula em sua superfície até chegar ao chamado Limite de Chandrasekhar. Se isso acontecer, o processo recomeça e leva a uma explosão termonuclear seguida da explosão subsequente da anã branca, ou seja, uma supernova.

O buraco negro no centro da galáxia M87, nesta que foi a primeira imagem real já feita destes objetos (Imagem: Reprodução/EHT)

Se a estrela for extremamente mais massiva que o Sol, ela teria um destino completamente diferente: seu núcleo se tornaria um buraco negro, um corpo extremamente massivo que devora tudo que passar perto demais — inclusive as partículas da luz, o que impede sua observação direta. Por enquanto, há dois tipos principais destes objetos misteriosos que já foram estudados: o primeiro inclui os buracos negros de massa estelar, que podem ter 20 massas solares, e o outro são os supermassivos, que superam 100 mil massas solares.

Os primeiros se formam com o fim do combustível no núcleo da estrela, que causa o colapso sobre sua própria estrutura. Nesse caso, o processo não termina em uma supernova: se o núcleo esmagado tiver pelo menos três vezes a massa do Sol, ele também vai colapsar, tornando-se um buraco negro. Já a origem dos buracos negros supermassivos ainda é recheada de mistérios, mas já sabemos que eles existem desde o nascimento das galáxias e, normalmente, ficam no centro delas.

Fonte: EarthSky (1, 2), Space.com, Smithsonian Mag, SpaceCenter, NASA (1, 2)

Gostou dessa matéria?

Inscreva seu email no Canaltech para receber atualizações diárias com as últimas notícias do mundo da tecnologia.