O que é supernova impostora? O mistério das estrelas que fingem explodir

Supernovas do tipo II são eventos que ocorrem em estrelas massivas, geralmente com massas iniciais superiores a cerca de 8 massas solares. Ao final de sua evolução, após a queima de elementos até ferro, o núcleo perde seu combustível e colapsa sob a própria gravidade. Esse colapso gera uma onda de choque que se propaga para fora e ejeta as camadas externas da estrela. Como resultado, forma-se um remanescente compacto, geralmente uma estrela de nêutrons ou, em casos mais extremos, um buraco negro.

Essas explosões são acompanhadas por emissão de radiação eletromagnética e estão entre os fenômenos mais energéticos do universo. Quando ocorrem relativamente próximas da Terra, podem ser visíveis a olho nu e até mesmo durante o dia. Registros históricos documentam eventos desse tipo, como a supernova observada em 1054, que originou a Nebulosa do Caranguejo. Elementos pesados são sintetizados e dispersos no espaço durante a explosão.

Por outro lado, existem eventos conhecidos como “supernovas impostoras”, que imitam algumas características observacionais de supernovas reais, mas não causam a morte da estrela. Esses fenômenos estão associados a estrelas massivas instáveis que sofrem episódios de perda de massa. Durante esses eventos, grandes quantidades de material são ejetadas, mas o núcleo da estrela permanece intacto, permitindo que ela sobreviva ao episódio. Estudos recentes investigam por que algumas estrelas entram nessas fases que simulam uma supernova.

Supernovas

Supernovas do tipo II são explosões estelares causadas pelo colapso gravitacional do núcleo de estrelas massivas. Ao final de sua evolução, essas estrelas acumulam um núcleo de ferro que não pode mais sustentar reações de fusão. Sem a pressão necessária para equilibrar a gravidade, o núcleo colapsa rapidamente, formando um objeto compacto. Esse colapso gera uma onda de choque que se propaga para fora e ejeta as camadas externas da estrela.

Esses eventos liberam enormes quantidades de energia e produzem emissão de neutrinos e radiação em múltiplos comprimentos de onda. Além disso, as supernovas são os principais meios para o enriquecimento químico do meio interestelar, dispersando elementos pesados como oxigênio e silício. As ondas de choque geradas também podem comprimir nuvens de gás e desencadear nova formação estelar.

Supernova impostora

No entanto, nem todas as supernovas observadas são realmente supernovas. Alguns eventos conhecidos como “supernovas impostoras” correspondem a erupções em estrelas massivas que podem atingir luminosidades comparáveis às de uma supernova, mas sem destruir o objeto. Esses episódios são frequentemente associados a supergigantes vermelhas e estrelas instáveis. Durante a erupção, ocorre ejeção de massa, formando um meio circumestelar denso que reprocessa a radiação e amplifica o brilho observado.

Para investigar os mecanismos físicos, estudo recente combinou observações obtidas com levantamentos, como o PanSTARRS1, com modelos de evolução estelar, como os desenvolvidos com o MESA. Esses modelos exploram um parâmetro de eficiência associado à perda de massa, testando como diferentes valores afetam a luminosidade e a evolução das estrelas. Populações estelares sintéticas são comparadas com observações reais em galáxias próximas.

Metalicidade

Saber qual era o parâmetro que mais afetava se uma estrela teria uma fase de supernova impostora ou não era um problema em aberto na Astronomia. Com o estudo publicado no arXiv, um grupo de pesquisadores encontrou que a metalicidade pode afetar a evolução da estrela. As comparações mostraram que o parâmetro de eficiência da perda de massa apresenta uma correlação positiva com a metalicidade. Em outras palavras, quanto maior a abundância de elementos pesados, mais intensos são os episódios de ejeção de material.

Esse comportamento é consistente com modelos de transporte radiativo. Assim, a composição química influencia diretamente a evolução da estrela. Esse aumento na eficiência pode levar a episódios eruptivos mais frequentes e intensos, alterando a massa final da estrela antes do colapso. Como consequência, a metalicidade pode influenciar diretamente o tipo de supernova que a estrela irá produzir.

Um novo tipo de evolução estelar

Esse é mais um ponto que mostra que a evolução de estrelas massivas depende da massa inicial e da metalicidade. Modelos recentes indicam que estrelas com massas iniciais superiores a 20 massas solares podem sofrer episódios de ejeção de material ao longo de sua evolução. Como consequência, essas estrelas podem não evoluir para a fase de supergigante vermelha, como previsto em cenários clássicos.

A metalicidade influencia diretamente a intensidade dos ventos estelares e das erupções, sendo relacionada com a quantidade de massa perdida ao longo do tempo. Em ambientes ricos em metais, a opacidade maior favorece a transferência de momento da radiação, intensificando a perda de massa. Esses fatores tornam a evolução de estrelas massivas dependente de condições iniciais e ambientais.

Referência da notícia

Cheng et al. Calibrating Eruptive Mass Loss in Red Supergiants with Local Group Data arXiv