Cientistas registram pela primeira vez o momento em que uma supernova explode e destrói sua estrela.

A primeira vez em que cientistas conseguiram determinar a forma da frente de choque de uma supernova no instante em que ela atravessou a superfície de uma estrela moribunda aconteceu agora.

Detectada em erupção de forma excepcionalmente precoce em abril de 2024, a supernova SN 2024ggi, a 23,6 milhões de anos-luz de distância, exibiu por pouco tempo um formato ovoide, parecido com uma azeitona, antes de sua frente de choque colidir com o material ao redor - uma observação que ajuda a preencher lacunas sobre as etapas mais iniciais da evolução de supernovas.

Se o fenómeno tivesse sido registado apenas um dia depois, esses detalhes não teriam aparecido, o que reforça o valor científico de identificar supernovas logo no início, a capacidade de mobilizar rapidamente equipamentos para apontar para a fonte e a importância de combinar diferentes técnicas de observação.

"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", diz o astrofísico Yi Yang, da Universidade Tsinghua, na China, primeiro autor do novo artigo que descreve a SN 2024ggi.

Como a morte de uma estrela massiva aciona uma supernova

O fim de uma estrela massiva é um processo complexo, desencadeado quando o combustível passível de fusão no núcleo se esgota. As estrelas sustentam um equilíbrio delicado: no núcleo, elas fundem átomos leves para formar elementos mais pesados - hidrogénio em hélio, e assim por diante. Como os produtos dessa fusão têm massa menor do que a soma de seus constituintes, a massa “em excesso” transforma-se em energia, que gera a pressão para fora e mantém a estrela estável.

Em estrelas acima de determinada massa, eras de fusão de elementos leves em pesados acabam por encher o núcleo de ferro - o ponto final da fusão. Como produzir elementos mais pesados do que o ferro exigiria mais energia do que libertaria, o núcleo deixa de conseguir gerar a pressão externa necessária para a estabilidade da estrela. Esse é o gatilho para uma supernova.

A partir daí, tudo acontece muito depressa. A estrela começa a colapsar, criando uma onda de choque que se propaga para dentro em direção ao núcleo; ali, ela ricocheteia e irrompe para fora, atravessando a superfície externa da estrela.

Há, então, um intervalo muito curto antes de essa onda de choque em expansão bater no gás mais lento que a estrela havia “expelido” nos séculos anteriores à sua morte.

Esse intervalo reduzido é a fase de ruptura do choque: o momento em que o choque perfura a superfície da estrela, seguido quase de imediato por um clarão que desaparece ao longo de horas.

Espectropolarimetria e a geometria da supernova SN 2024ggi

Astrónomos já conseguiram captar essa fase algumas vezes ao longo dos anos, com níveis variados de detalhe. O que torna as novas observações da SN 2024ggi especialmente notáveis é a espectropolarimetria com o Telescópio Muito Grande (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO) - uma técnica que mede a polarização da luz ao longo de uma faixa de comprimentos de onda.

"A espectropolarimetria fornece informações sobre a geometria da explosão que outros tipos de observação não conseguem oferecer, porque as escalas angulares são pequenas demais", explica o astrónomo Lifan Wang, da Universidade Texas A&M.

Os investigadores iniciaram as observações espectropolarimétricas da evolução da SN 2024ggi apenas 26 horas depois de ela ter sido detetada e mantiveram o acompanhamento por vários dias. De forma notável, os dados incluíram a fase de ruptura, revelando uma onda de choque que não era esférica: ela estava alongada, com aparência de azeitona ou de bola de futebol americano, ao longo de um eixo preferencial.

"As primeiras observações com o VLT capturaram a fase durante a qual a matéria acelerada pela explosão perto do centro da estrela atravessou a superfície da estrela", diz o astrónomo Dietrich Baade, do Observatório Europeu do Sul. "Por algumas horas, a geometria da estrela e a de sua explosão puderam ser, e foram, observadas em conjunto."

Conforme a supernova prosseguiu a sua evolução, os astrónomos voltaram a identificar o mesmo formato no material em expansão rico em hidrogénio que foi lançado para fora. Isso indica que a forma na fase de ruptura do choque não é aleatória, mas sim imposta por um mecanismo de grande escala que preserva um eixo preferencial bem definido desde os estágios iniciais até fases posteriores.

No entanto, à medida que o choque avançou para o material previamente expelido pela estrela nos séculos anteriores à supernova, o eixo preferencial mudou - sugerindo que o material ao redor tinha uma orientação diferente do próprio eixo da explosão.

O que isso significa ainda não está claro, mas uma possibilidade é que a estrela possa ter (ou ter tido) uma companheira binária, cuja influência gravitacional moldou o seu fim.

É impressionante conseguir inferir algo assim a partir de uma distância de 23,6 milhões de anos-luz.

A pesquisa foi publicada em Avanços da Ciência.