Webb detecta indícios de uma estrela de nêutrons no centro da supernova 1987A

O anúncio da NASA, publicado em 22 de fevereiro de 2024, apresenta observações do telescópio espacial James Webb que oferecem a evidência mais sólida até agora de emissão proveniente de um objeto compacto recém-formado no local da supernova SN 1987A. A supernova ocorreu a cerca de 160 000 anos-luz, na Grande Nuvem de Magalhães, e foi observada pela primeira vez da Terra em fevereiro de 1987.

SN 1987A foi uma supernova de colapso do núcleo: segundo a explicação da equipe, esse tipo de explosão deixa no centro um objeto compacto, uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. Os astrônomos procuravam indícios desse objeto no material em expansão que restou após a explosão. O trabalho divulgado pela NASA informa sinais de radiação de alta energia associados ao centro do remanescente, e os pesquisadores consideram provável que sejam produzidos por uma estrela de nêutrons jovem.

Argônio ionizado no material ejetado

As observações que sustentam o resultado foram feitas em 16 de julho de 2022, entre as primeiras realizadas pelo Webb para estudar esse remanescente. A equipe utilizou o modo espectroscópico de resolução média do instrumento MIRI, que observa no infravermelho médio. Um espectrógrafo separa a luz em seus comprimentos de onda; o modo empregado permite obter um espectro em cada pixel e examinar como a emissão varia através do objeto.

A análise detectou um sinal intenso de argônio ionizado no centro do material ejetado que cerca o local da explosão. Observações posteriores com o NIRSpec, o espectrógrafo de infravermelho próximo do Webb, encontraram elementos ainda mais ionizados, em particular argônio do qual faltam cinco de seus 18 elétrons. A produção desses íons exige fótons muito energéticos. Com base nessa necessidade, a equipe conclui que deve existir uma fonte de radiação de alta energia no centro do remanescente.

Por que isso aponta para uma estrela de nêutrons

Cerca de duas horas antes da primeira observação de SN 1987A em luz visível, três observatórios detectaram um surto de neutrinos que durou alguns segundos. Esse sinal e a supernova foram associados ao mesmo evento e forneceram evidências importantes para a teoria do colapso do núcleo, que prevê a formação de uma estrela de nêutrons ou de um buraco negro. Nos últimos anos, também foram encontrados indícios indiretos de uma estrela de nêutrons no remanescente, mas o comunicado descreve as novas observações como a primeira detecção dos efeitos da emissão de alta energia do provável objeto jovem.

A equipe examinou diferentes explicações para a radiação capaz de ionizar o argônio e afirma que apenas algumas parecem plausíveis; todas incluem uma estrela de nêutrons recém-nascida. Portanto, a descoberta reforça essa interpretação, mas a identificação do objeto é apresentada como provável. A nota da NASA também registra a expectativa da equipe de que novas observações permitam entender melhor o que acontece exatamente no centro de SN 1987A.

Um remanescente observado em evolução

SN 1987A está entre as supernovas recentes mais próximas e jovens identificadas, e seus restos continuam mudando rapidamente. A explosão foi observada em fevereiro de 1987, e seu brilho atingiu o máximo em maio daquele ano. Essa evolução ao longo de décadas oferece aos astrônomos a oportunidade de estudar em tempo real aspectos de uma explosão estelar e de seu remanescente.

O anúncio explica que os resultados foram publicados na revista Science. Webb é uma missão internacional liderada pela NASA junto com a Agência Espacial Europeia (ESA) e a Agência Espacial Canadense. No estudo, o MIRI forneceu as observações infravermelhas do argônio, e o NIRSpec forneceu as observações posteriores de comprimentos de onda mais curtos.

A conclusão principal é que o centro do remanescente contém uma fonte de radiação capaz de gerar os íons observados. Segundo os modelos considerados pelos pesquisadores, a estrela de nêutrons recém-nascida é a explicação mais provável; a equipe espera que o acompanhamento observacional ajude a determinar melhor a natureza da emissão.