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

A primeira vez em que cientistas conseguiram determinar o formato da frente de choque de uma supernova ocorreu no exato momento em que ela atravessou a superfície de uma estrela em seus instantes finais.

Detectada de forma excepcionalmente precoce em abril de 2024, a supernova SN 2024ggi, a cerca de 23,6 milhões de anos-luz, exibiu por um curto período uma geometria alongada - algo como uma azeitona - antes de a frente de choque se chocar com o material ao redor. Esse registro ajuda a preencher lacunas sobre os primeiros passos da evolução de uma supernova, numa fase em que quase tudo muda em questão de horas.

Essas pistas teriam passado despercebidas se o fenómeno fosse observado apenas um dia depois. O caso deixa claro o valor científico de detectar supernovas cedo, de conseguir mobilizar rapidamente instrumentos para apontar para a fonte e de combinar técnicas de observação diferentes, porque cada uma revela partes distintas da história.

“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”, afirma a astrofísica Yi Yang, da Universidade de Tsinghua, na China, primeira autora do novo estudo sobre a SN 2024ggi.

O que desencadeia uma supernova: o equilíbrio que se rompe no núcleo

A morte de uma estrela muito massiva é um processo complexo, iniciado quando o núcleo fica sem combustível capaz de sustentar a fusão. Ao longo da vida, a estrela mantém um equilíbrio delicado: no centro, ela funde átomos leves para formar elementos mais pesados - hidrogénio vira hélio e assim por diante. Como os produtos dessa fusão têm massa total menor do que a soma dos seus “ingredientes”, a diferença transforma-se em energia, e essa energia fornece a pressão para fora que mantém a estrela estável.

Em estrelas acima de determinada massa, eras de fusões sucessivas acabam por encher o núcleo de ferro, que é o ponto final desse caminho. Produzir elementos mais pesados do que o ferro exigiria consumir mais energia do que liberar; com isso, o núcleo perde a capacidade de gerar a pressão necessária para sustentar a estrela. Esse é o limiar que dispara a supernova.

A partir daí, os acontecimentos aceleram drasticamente. A estrela começa a colapsar; forma-se uma onda de choque que se propaga para dentro, em direcção ao núcleo, e então “ricocheteia”, invertendo o sentido e avançando para fora até perfurar as camadas externas e romper a superfície estelar.

Fase de ruptura do choque na supernova SN 2024ggi e a frente de choque “em forma de azeitona”

Existe um intervalo curtíssimo antes de essa frente de choque, em expansão, atingir o gás que se move mais devagar e que a própria estrela expulsou ao longo dos séculos que antecederam a morte - como se tivesse “espirrado” matéria para o espaço.

Esse intervalo é a fase de ruptura do choque: o instante em que o choque atravessa a superfície, seguido quase imediatamente por um clarão que enfraquece em poucas horas.

Astrónomos já conseguiram capturar essa fase algumas vezes, com diferentes níveis de detalhe. O que torna a SN 2024ggi particularmente especial é que a equipa usou espectropolarimetria com o Telescópio Muito Grande (VLT), do Observatório Europeu do Sul - um método que mede a polarização da luz ao longo de diversos comprimentos de onda.

“A espectropolarimetria fornece informações sobre a geometria da explosão que outros tipos de observação não conseguem oferecer, porque as escalas angulares envolvidas são minúsculas”, explica o astrónomo Lifan Wang, da Universidade Texas A e M.

Os cientistas iniciaram observações espectropolarimétricas da evolução da SN 2024ggi apenas 26 horas após a detecção e acompanharam o evento por vários dias. De forma notável, a janela da ruptura do choque foi apanhada em pleno: a onda de choque não era esférica, mas alongada ao longo de um eixo preferencial, lembrando uma azeitona ou uma bola de futebol americano.

“As primeiras observações com o VLT registaram a fase em que a matéria acelerada pela explosão, perto do centro da estrela, atravessou a superfície”, diz o astrónomo Dietrich Baade, do Observatório Europeu do Sul. “Durante algumas horas, a geometria da estrela e a da sua explosão puderam ser - e foram - observadas em conjunto.”

A espectropolarimetria é especialmente útil justamente por isso: pequenas assimetrias deixam marcas na polarização da luz, permitindo inferir a forma do material e do choque mesmo quando o objecto está longe demais para ser “resolvido” como imagem.

Um eixo preferencial que persiste - e depois muda ao encontrar o material ao redor

Com a continuação da evolução da supernova, os astrónomos voltaram a identificar uma geometria semelhante no material rico em hidrogénio que se expandia após ser arremessado para fora. Isso indica que o formato observado na ruptura do choque provavelmente não é fruto do acaso; em vez disso, parece ser imposto por um mecanismo de grande escala que mantém um eixo preferencial bem definido desde as etapas iniciais até fases mais tardias.

No entanto, quando a frente de choque avançou para dentro do material que a estrela havia expelido nos séculos anteriores à supernova, esse eixo preferencial mudou de direcção. A leitura mais directa é que o material circundante tinha uma orientação diferente daquela associada ao próprio eixo da explosão.

O significado exacto dessa discrepância ainda não está estabelecido. Uma hipótese é que a estrela pudesse ter (ou tivesse tido) uma companheira num sistema binário, e que a influência gravitacional dessa parceira tenha moldado a forma do material perdido antes do colapso, afectando a geometria observada no momento final.

Além de melhorar modelos sobre como a energia e a matéria são distribuídas numa explosão estelar, esse tipo de resultado reforça uma estratégia: para entender supernovas, não basta vê-las “brilhar” - é preciso apanhá-las cedo e com instrumentos capazes de revelar a geometria, não apenas o brilho total. Quanto mais ágeis forem os alertas e a resposta observacional, mais frequentes tendem a ser medições desse estágio fugaz.

É impressionante que se consiga extrair esse nível de detalhe a partir de 23,6 milhões de anos-luz de distância.

A pesquisa foi publicada na revista Avanços da Ciência.