Supernova SN2021yfj a 2,2 mil milhões de anos-luz desafia teorias sobre estrelas massivas

Uma estrela a explodir no fim da própria vida abalou o cosmos como nada que a humanidade já tinha presenciado.

O que foi a supernova SN2021yfj

Em 2021, astrónomos observaram, boquiabertos, o florescimento de uma supernova a 2,2 mil milhões de anos-luz de distância, batizada de SN2021yfj. O fenómeno apresentou um sinal químico invulgar: uma abundância de silício, enxofre e argónio - algo que nunca tinha sido visto numa estrela em explosão.

Segundo uma equipa liderada pelo astrofísico Steve Schulze, da Universidade Northwestern (EUA), esse conjunto de elementos constitui a primeira evidência direta das conchas concêntricas de diferentes elementos previstas pela teoria para o interior das estrelas massivas. Para os investigadores, o achado valida o ciclo de vida estelar e amplia o que sabemos sobre como estrelas muito massivas chegam ao fim.

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

"Foi tão estranho que quase pensamos 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 estreitas demais. Não é que os nossos livros didáticos estejam errados, mas é evidente que eles não capturam completamente tudo o que é produzido na natureza. Deve haver caminhos mais exóticos para uma estrela massiva terminar a vida que não tínhamos considerado."

Camadas concêntricas e o “efeito cebola” das estrelas massivas

A vida das estrelas é sustentada pela fusão no núcleo - onde a pressão e a temperatura são tão extremas que os átomos são forçados a unir-se, formando elementos mais pesados. Em estrelas massivas, o hidrogénio funde-se em hélio; o hélio dá origem a carbono; e o processo segue em sequência, até chegar à fusão de enxofre e silício em ferro.

O ferro marca o limite, porque fundi-lo consome mais energia do que libera - um verdadeiro prenúncio de morte estelar. Ainda assim, durante a existência da estrela, a teoria prevê que os elementos produzidos se organizem em camadas, como numa cebola: os mais pesados no centro e os mais leves - hidrogénio e hélio - nas regiões externas.

Quando ocorrem explosões estelares, os astrónomos normalmente identificam, no material ejetado, sobretudo a assinatura desses elementos leves e pouco do que está mais “fundo”, em geral apenas até carbono e oxigénio. O facto de a SN2021yfj ter sido dominada por elementos mais pesados sugere que, antes do desfecho explosivo, a estrela atravessou um período muito mais turbulento do que o habitual.

"Esta é a primeira vez que vimos uma estrela que foi, essencialmente, despojada até ao osso", diz Schulze. "Isto mostra-nos como as estrelas são estruturadas e prova que elas podem perder muito material antes de explodirem. Não apenas podem perder as camadas mais externas, como podem ser completamente desnudadas até níveis muito profundos e, ainda assim, produzir uma explosão brilhante que conseguimos observar a distâncias muito, muito grandes."

Um cenário para a perda extrema de massa antes da explosão

A fase que antecede a morte de uma estrela massiva tende a ser marcada por instabilidade. Antes da supernova, a estrela pode expelir uma grande fração das camadas externas em sucessivas erupções. Como o silício, o enxofre e o argónio só aparecem próximo ao núcleo no fim da vida estelar, a presença desses elementos indica que, de algum modo, a estrela por trás da SN2021yfj conseguiu perder uma quantidade de massa muito, muito maior do que a de uma estrela explosiva típica.

Os cientistas ainda não sabem exatamente como isso ocorreu, mas propõem um cenário em que os estertores finais da estrela a vão despedaçando aos poucos. À medida que o núcleo se aproxima do esgotamento do combustível, ele é comprimido continuamente pela gravidade, porque a pressão para fora, fornecida pela fusão, enfraquece.

Com o aumento da compressão interna e do calor, a fusão volta a acender num episódio explosivo, lançando parte do material externo para o espaço. A repetição desse mecanismo poderia ter arrancado quase toda a massa da estrela, como quem tira um casaco e o descarta - formando uma concha de matéria a expandir-se para longe.

Na explosão final, dizem os investigadores, o material ejetado pela supernova, mais rápido, teria alcançado e colidido violentamente com essa concha, gerando o brilho intenso detetado a milhares de milhões de anos-luz pelo Universo. Ainda assim, serão necessários mais dados para confirmar a hipótese.

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

A pesquisa foi publicada na Nature.