Estrelas estão a explodir em galáxias empoeiradas (simplesmente nem sempre as vemos)

Seria de pensar que as supernovas – a morte agonizante de estrelas massivas, das explosões mais brilhantes e poderosas do Universo – são difíceis de perder. No entanto, o número observado destas explosões, nas partes distantes do Universo, está muito aquém das previsões dos astrofísicos.

Um novo estudo usando dados do recém-aposentado Telescópio Espacial Spitzer da NASA relata a deteção de cinco supernovas que, não detetadas no visível, nunca tinham sido vistas antes. O Spitzer viu o Universo no infravermelho, que atravessa nuvens de poeira que bloqueiam a luz visível – o tipo de luz que os nossos olhos veem e que as supernovas não obscurecidas irradiam com mais intensidade.

Para procurar supernovas escondidas, os investigadores analisaram observações de 40 galáxias empoeiradas pelo Spitzer (no espaço, a poeira refere-se a partículas semelhantes a grãos com consistência semelhante a fumo). Com base no número encontrado nestas galáxias, o estudo confirma que as supernovas realmente ocorrem com a frequência esperada pelos cientistas. Esta expectativa é baseada na compreensão atual dos cientistas de como as estrelas evoluem. Estudos como este são necessários para melhorar esta compreensão, seja reforçando ou desafiando certos aspetos.

“Estes resultados, com o Spitzer, mostram que os levantamentos óticos nos quais confiamos há muito tempo para detetar supernovas perdem até metade das explosões estelares que ocorrem no Universo,” disse Ori Fox, cientista do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland, autor principal do novo estudo publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “É uma notícia muito boa que o número de supernovas que estamos a ver com o Spitzer seja estatisticamente consistente com as previsões teóricas.”

A “discrepância de supernovas” – isto é, a consistência entre o número de supernovas previstas e o número observado por telescópios óticos – não é um problema no Universo próximo. Aqui, as galáxias diminuíram o seu ritmo de formação estelar e geralmente têm menos poeira. Nas regiões mais distantes do Universo, porém, as galáxias parecem mais jovens, produzem estrelas em taxas mais altas e tendem a ter maiores quantidades de poeira. Esta poeira absorve e espalha a luz ótica e ultravioleta, impedindo-as de alcançar os telescópios. De modo que os investigadores há muito raciocinam que as supernovas perdidas devem existir mas são simplesmente invisíveis.

“Tendo em conta que o Universo local acalmou um pouco desde os seus primeiros anos de formação estelar, vemos os números esperados de supernovas com levantamentos óticos típicos”, disse Fox. “A percentagem de supernovas detetadas, no entanto, diminui conforme nos afastamos e regressamos às épocas cósmicas, onde as galáxias mais empoeiradas dominavam.”

A deteção de supernovas a estas grandes distâncias pode ser um desafio. Para realizar uma busca por supernovas escondidas em reinos galácticos mais sombrios, mas a distâncias menos extremas, a equipa de Fox selecionou um conjunto local de 40 galáxias sufocadas por poeira, conhecidas como LIRGs e ULIRGs (“luminous and ultra-luminous infrared galaxies”, em português galáxias infravermelhas luminosas e ultraluminosas). A poeira nas LIRGs e ULIRGs absorve luz ótica de objetos como supernovas, mas permite que a luz infravermelha destes mesmos objetos passe sem obstrução para ser detetada por telescópios como o Spitzer.

O palpite dos investigadores mostrou-se correto quando as cinco supernovas nunca antes vistas chegaram via luz infravermelha. “É uma prova do potencial de descoberta do Spitzer, o telescópio ter sido capaz de captar o sinal de supernovas escondidas nestas galáxias empoeiradas,” disse Fox.

“Foi especialmente divertido para vários dos nossos estudantes contribuir de forma significativa para esta investigação empolgante,” acrescentou o coautor Alex Filippenko, professor de astronomia na Universidade da Califórnia, em Berkeley. “Eles ajudaram a responder à pergunta: ‘Para onde foram todas as supernovas?'”

As supernovas detetadas pelo Spitzer são conhecidas como “supernovas de colapso do núcleo”, envolvendo estrelas gigantes com pelo menos oito vezes a massa do Sol. À medida que envelhecem e os seus núcleos se enchem de ferro, as grandes estrelas não conseguem mais produzir energia suficiente para suportar a sua própria gravidade e os seus núcleos colapsam, repentina e catastroficamente.

As pressões e temperaturas intensas produzidas durante o rápido desmoronamento formam novos elementos químicos por meio da fusão nuclear. As estrelas em colapso acabam por ressaltar dos seus núcleos ultradensos, explodindo e espalhando estes elementos pelo espaço. As supernovas produzem elementos “pesados”, como a maioria dos metais. Estes elementos são necessários para a construção de planetas rochosos, como a Terra, bem como para seres biológicos. No geral, as taxas de supernovas servem como uma verificação importante dos modelos de formação estelar e da criação de elementos pesados no Universo.

“Se soubermos quantas estrelas se estão a formar, podemos prever quantas estrelas vão explodir,” explicou Fox. “Ou, vice-versa, se soubermos quantas estrelas estão a explodir, podemos prever quantas estrelas se estão a formar. A compreensão desta relação é fundamental para muitas áreas de estudo na astrofísica.”

Os telescópios de próxima geração, incluindo o RST (Nancy Grace Roman Space Telescope) e o JWST (James Webb Space Telescope) da NASA, vão detetar luz infravermelha como o Spitzer.

“O nosso estudo mostrou que os modelos de formação estelar são mais consistentes com as taxas de supernovas do que se pensava,” disse Fox. “E ao revelar estas supernovas ocultas, o Spitzer preparou o terreno para novos tipos de descobertas com os telescópios espaciais Webb e Roman.”