Inédito! Astrônomos registram estrelas explodindo em tempo real

Diferente das supernovas, as novas são explosões estelares que ocorrem em sistemas binários e acontece quando uma anã branca puxa matéria de uma estrela companheira. Isso faz com que hidrogênio se acumule na superfície da anã branca e ela atinge pressão e temperatura suficientes para uma explosão termonuclear. Durante a explosão, a estrela brilha milhares de vezes mais forte por um curto período. A anã branca não é destruída e o processo pode se repetir diversas vezes ao longo de sua vida.

Apesar de décadas de observações, muitos detalhes sobre como essas explosões se formam ainda são debatidos dentro da Astronomia. Questões fundamentais como a estrutura da ejeção de material, a velocidade inicial dos detritos e se existem padrões universais entre diferentes novas ainda permanecem em aberto. Observar o início exato de uma nova sempre foi um desafio porque essas erupções podem começar repentinamente e durar pouco em seu estágio inicial.

Agora, astrônomos conseguiram registrar duas novas exatamente no momento em que se tornaram visíveis da Terra, ou seja, observaram o fenômeno “em tempo real” do nosso ponto de vista. As explosões não aconteceram agora, elas ocorreram a anos-luz de distância, mas a luz chegou até nós recentemente. Essa observação permitiu acompanhar o surgimento do brilho no instante em que ele apareceu e está ajudando os astrônomos a entender melhor a dinâmica das novas.

Anãs brancas

As anãs brancas são os remanescentes estelares deixados após a evolução de estrelas semelhantes ao Sol. Essas estrelas possuem massas iniciais de até aproximadamente 10 massas solares. Quando essas estrelas esgotam seu combustível nuclear, elas passam pela fase de gigante vermelha e expulsam suas camadas externas. O núcleo que resta colapsa até atingir um estado de equilíbrio sustentado pela pressão de degenerescência dos elétrons.

Esses objetos são extremamente densos, com massas comparáveis às do Sol comprimidas em um volume similar ao da Terra. Essas estrelas brilham através do calor residual que vai esfriando lentamente ao longo de bilhões de anos. A estrutura interna de uma anã branca é descrita por matéria degenerada e, com isso, sujeita ao chamado limite de Chandrasekhar de 1,4 massas solares. Esse limite define o ponto do qual a pressão de degenerescência não consegue mais sustentar o objeto e colapsa em supernova.

Novas

A supernova é um tipo de colapso que uma anã branca pode ter mas um outro tipo de colapso é chamado de nova. As novas também dependem da matéria acretada de uma estrela companheira. Elas acontecem quando a anã branca acumula hidrogênio da estrela companheira por meio de acreção. Com isso, a pressão e a temperatura tornam-se suficientes para iniciar uma fusão nuclear descontrolada.

Logo, as novas são explosões termonucleares que ocorrem na superfície de uma anã branca. Esse processo libera material com velocidade de centenas a milhares de quilômetros por segundo. A anã branca permanece intacta, diferente de uma supernova, e após a ejeção do material, o sistema binário pode retornar ao estado de acreção e repetir o ciclo. O processo todo depende da massa da anã branca, da taxa de acreção, da composição do material e das condições termodinâmicas do sistema.

Duas explosões em tempo real

Recentemente, astrônomos divulgaram resultados de duas novas que eles conseguiram registrar em observações de 2021. A primeira é chamada de Nova V1674 Herculis e foi uma das mais rápidas já observadas com aumento e diminuição de brilho em poucos dias. As imagens obtidas mostraram dois fluxos de gás perpendiculares, indicando que a explosão não foi um único evento, mas sim resultado de múltiplas ejeções que colidiram entre si.

A segunda levou o nome de Nova V1405 Cassiopeiae e apresentou um comportamento oposto. Segundo os dados obtidos, ela foi extremamente lenta e manteve suas camadas externas por mais de 50 dias antes de ejetá-las. Essa observação forneceu a primeira evidência clara de uma ejeção tardia em uma nova. Quando a camada acumulada foi expulsa, novas ondas de choque se formaram e causaram emissão de raios gama detectados pelo Fermi.

Fontes de raios gamma

As observações foram conectadas com observações do telescópio Fermi que detecta raios gamma. Essas colisões geram choques intensos e causam emissão de raios gamma. Isso porque esses choques são capazes de acelerar partículas a velocidades próximas à da luz. Quando diferentes camadas de material ejetadas pela anã branca colidem formam-se choques intensos que aquecem o gás a milhões de graus. Esses choques aceleram prótons e elétrons, que ao interagir com o gás e a radiação ao redor, emitem raios gama.

Ao acompanhar o processo desde o começo e em detalhe, os astrônomos conseguiram encontrar conexão entre o processo nuclear, a geometria dos fluxos de gás e a emissão de raios gama. As novas observadas mostram que essas explosões podem envolver vários fluxos de matéria e choques. Cada choque funciona como um acelerador natural de partículas causando as observações de raios gamma que Fermi detecta.

Referência da notícia

Aydi et al. 2025 Multiple outflows and delayed ejections revealed by early imaging of novae Nature Astronomy