A imagem mostra a galáxia Arp 148, capturada pelos telescópios Spitzer e Hubble da NASA. Dados do Spitzer especialmente processados aparecem dentro do círculo branco, revelando luz infravermelha de uma supernova escondida pela poeira. Esta é uma das cinco supernovas ocultas documentadas pela primeira vez em um artigo recente. Crédito: NASA / JPL-Caltech
Estrelas em explosão geram espetáculos de luz emocionantes. Telescópios infravermelhos como o Spitzer são capazes de ver através da névoa e dar uma ideia melhor de quantas vezes essas erupções ocorrem.
Você pensaria que as supernovas – os estertores da morte de estrelas massivas e entre as explosões mais brilhantes e poderosas do universo – seriam difíceis de perder. No entanto, o número de tais explosões observadas nas partes mais distantes do universo é muito menor do que as expectativas dos astrofísicos.
Novo estudo usando dados de NASAO recém-aposentado Telescópio Espacial Spitzer relatou a descoberta de cinco supernovas que nunca haviam sido vistas antes, não detectadas na luz óptica. O Spitzer viu o universo em luz infravermelha, que penetra através de nuvens de poeira que bloqueiam a luz óptica – o tipo de luz que nossos olhos veem e que as supernovas desobstruídas irradiam com mais intensidade.
Para procurar supernovas escondidas, os pesquisadores estudaram as observações do Spitzer de 40 galáxias empoeiradas. (No espaço, a poeira se refere a partículas semelhantes a grãos com consistência semelhante à fumaça.) Com base no número encontrado nessas galáxias, o estudo confirma que as supernovas realmente ocorrem com a frequência esperada pelos cientistas. Esta previsão é baseada na compreensão atual dos cientistas de como as estrelas evoluem. Estudos como esse são necessários para aprimorar esse entendimento, seja pelo fortalecimento ou pelo questionamento de certos aspectos dele.
Baixe este pôster gratuito da NASA, que comemora o telescópio espacial Spitzer aposentado. Crédito: NASA / JPL-Caltech
“Esses resultados com o Spitzer mostram que as pesquisas ópticas nas quais confiamos por muito tempo para detectar supernovas perdem até metade das explosões estelares que ocorrem lá no universo”, disse Ori Fox, cientista do Space Telescope Science Institute em Baltimore. Maryland, e principal autor do novo estudo, que foi publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “É uma notícia muito boa que o número de supernovas que vemos com o Spitzer seja estatisticamente consistente com as previsões teóricas.”
O “paradoxo da supernova” – a discrepância entre o número de supernovas previstas e o número observado por telescópios ópticos – não é um problema no universo próximo. Lá, as galáxias diminuíram o ritmo de formação de estrelas e geralmente são menos empoeiradas. Nas regiões ultraperiféricas do universo, porém, as galáxias parecem mais jovens, produzem estrelas em taxas mais altas e tendem a ter maiores quantidades de poeira. Essa poeira absorve e espalha a luz óptica e ultravioleta, impedindo-a de alcançar os telescópios. Portanto, os pesquisadores há muito raciocinam que as supernovas perdidas devem existir e ser invisíveis.
“Como o universo local se acalmou um pouco desde seus primeiros anos de formação de estrelas, vemos o número esperado de supernovas com buscas ópticas típicas”, disse Fox. “No entanto, a taxa de detecção de supernova observada diminui à medida que você avança e volta às eras cósmicas, quando as galáxias mais empoeiradas predominavam.”
A detecção de supernovas em distâncias tão grandes pode ser um desafio. Para conduzir uma busca por supernovas cercadas por misteriosos mundos galácticos, mas a distâncias menos extremas, a equipe de Fox selecionou um grupo local de 40 galáxias sufocadas por poeira, conhecidas como galáxias infravermelhas luminosas e ultraluminosas (LIRGs e ULIRGs, respectivamente). A poeira em LIRGs e ULIRGs absorve luz óptica de objetos como supernovas, mas permite que a radiação infravermelha desses mesmos objetos passe desobstruída até que telescópios como o Spitzer possam detectá-la.
O palpite dos pesquisadores se mostrou correto quando as cinco supernovas nunca antes vistas apareceram na luz (infravermelha). “É uma prova do potencial de descoberta de Spitzer que o telescópio foi capaz de captar o sinal sutil da supernova dessas galáxias empoeiradas”, disse Fox.
Co-autor do estudo Alex Filippenko, professor de astronomia em Universidade da California, Berkeley. “Eles ajudaram a responder à pergunta: ‘Para onde foram todas as supernovas?’ “
Os tipos de supernovas que Spitzer descobriu são conhecidos como “supernovas de colapso básico”, que incluem estrelas gigantes com uma massa de pelo menos oito vezes a massa do Sol. À medida que envelhecem e seus núcleos se enchem de ferro, as estrelas grandes não conseguem mais produzir energia suficiente para suportar sua própria gravidade, e seus núcleos entram em colapso repentina e catastrófica.
As pressões e temperaturas intensas geradas durante o parto rápido formam novos elementos químicos por meio da fusão nuclear. Estrelas em colapso eventualmente ricocheteiam em seus núcleos superdensos, explodindo em pedaços minúsculos e espalhando esses elementos por todo o espaço. As supernovas produzem elementos “pesados”, como a maioria dos metais. Esses elementos são essenciais para a construção de planetas rochosos, como a Terra, e também de organismos biológicos. Em geral, as taxas de supernovas são um exame importante dos modelos de formação de estrelas e da formação de elementos pesados no universo.
“Se você tiver uma indicação de quantas estrelas estão se formando, pode prever quantas explodirão”, disse Fox. “Ou, inversamente, se você tiver uma indicação de quantas estrelas estão explodindo, pode prever quantas estrelas estão se formando. Compreender essa relação é fundamental para muitas áreas de estudo em astrofísica.”
Telescópios de próxima geração, incluindo o Telescópio Espacial Roman Nancy Grace da NASA e o Telescópio Espacial James Webb, detectarão luz infravermelha, como o Spitzer.
“Nosso estudo mostrou que os modelos de formação de estrelas são mais consistentes com as taxas de supernovas do que se pensava”, disse Fox. “Ao revelar essas supernovas ocultas, Spitzer abriu caminho para novos tipos de descobertas com os telescópios espaciais Webb e romanos.”
Referência: “A Spitzer Uma pesquisa de supernovas obscurecidas pela poeira “por Uri de Vox, Harish Khandrika, David Rubin, Chadwick Casper, Gary Z Lee, Tamas Szalay, Lee Armos, Alexei V. Filipenko, Michael F. Skrutsky, Lou Strulger e Schuyler de Van Dyck, 21 de junho de 2021 e Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab1740
Mais sobre a missão
O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia conduziu operações de missão e comandou a missão do Telescópio Espacial Spitzer para o Diretório de Missão Científica da agência em Washington. As operações científicas foram conduzidas no Spitzer Science Center no California Institute of Technology em Pasadena. As operações da espaçonave foram baseadas no Lockheed Martin Space em Littleton, Colorado. Os dados são arquivados no Infrared Science Archive localizado no IPAC no California Institute of Technology. Caltech corre Laboratório de propulsão a jato para a NASA.