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terça-feira, 7 de outubro de 2014

Um sistema estelar de supernova e uma potencial “estrela zumbi”


As duas imagens dos insertos mostram cenas antes e depois da Supernova 2012Z na galáxia espiral NGC 1309, registradas pelo Telescópio Espacial Hubble. O X branco no alto da imagem principal assinala a localização da supernova na galáxia.
Uma equipe de astrônomos, utilizando o Hubble, encontrou um sistema estelas que pode ter deixado para trás uma “estrela zumbi” após uma explosão de supernova incomumente fraca.
Supernovas normalmente destroem a anã branca que explode, ou estrela em colapso. Nesta ocasião, cientistas acreditam que esta fraca supernova pode ter deixado para trás uma parte sobrevivente da estra anã —uma espécie de estrela zumbi.
Ao examinarem imagens do Hubble registradas antes da explosão estelarn, astrônomos identificaram uma estrela companheira azul que fornece energia a uma anã branca, um processo que disparou uma reação nuclear e desencadeou esta fraca explosão de supernova. Esta supernova, Tipo Iax, é menos comum do que sua prima mais brilhante, Tipo Ia. Astrônomos  identificaram mais de 30 dessas minisupernovas que podem deixar para trás  anãs brancas sobreviventes.
“Astrônomos procuravam havia décadas os sistemas estelares que produzem explosões de supernovas Tipo Ia,” disse o cientista Saurabh Jha, da Rutgers University, em Piscataway, New Jersey. “ As Tipo Ia são importantes porque são usadas para medir grandes distâncias cósmicas e a expansão do universo. Entretanto  nós temos muito poucas hipóteses sobre como e por que anãs brancas explodem. As semelhanças entre os  Tipos Iax e o  Tipo normal Ia tornam importante a compreensão dos progenitores das Tipo Iax, especialmente porque nenhum progenitor das Tipo Ia foi até agora identificado de maneira conclusiva. Esta descoberta nos mostra uma forma pela qual se pode obter uma explosão de anã branca.”
A fraca supernova, denominada SN 2012Z, está situada na galáxia NGC 1309, distante 110 milhões de anos-luz. Foi descoberta no Observatório Lick de Buscas de  Supernovas em janeiro de 2012. Felizmente, a Câmera Avançada de Pesquisas do Hubble também observou NGC 1309 durante vários anos antes da explosão da supernova, permitindo que os cientistas comparem imagens de antes e depois do episódio.
Curtis McCully, estudante graduado de Rutgers e autor principal do artigo da equipe, deu tornou mais nítidas as imagens do Hubble anteriores à explosão e notou um objeto peculiar próximo ao local da supernova.
“Fiquei muito surpreso ao ver algo no local da supernova. Nós esperávamos que o sistema progenitor fosse esmaecido demais para poder ser observado, como em buscas anteriores por progenitores de supernovas normais Tipo Ia. É emocionante quando a natureza nos surpreende,” disse McCully.
Depois de estudar as cores do objeto e compará-las com simulações de possíveis sistemas progenitores dos Tipos lax feitas em computadores, a equipe concluiu que estava vendo a luz de uma estrela que havia perdido seu envoltório externo de hidrogênio, revelando seu núcleo de hélio.
A equipe planeja utilizar o Hubble novamente, em 2015, para observar a área, dando tempo à luz da supernova para que se enfraqueça o suficiente para revelar qualquer possível estrela zumbi e companheira de hélio para confirmar suas  hipóteses.
“Em 2009, quando estávamos apenas começando a compreender essa classe, nós previmos que essas supernovas fossem produzidas por um sistema binário de estrela anã branca e hélio,” disse o integrante da equipe Ryan Foley, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, que ajudou a identificar a nova classe de supernovas Tipo Iax. “Ainda há algumas incertezas em relação ao estudo, mas ele é essencialmente a validação de nossas afirmações.”
Uma explicação possível para a incomum  natureza de SN 2012Z é a de que teria ocorrido um jogo de gangorra entre a menor e a maior estrela do par. A estrela de maior massa evoluiu mais rapidamente para expandir e despejar seu hidrogênio e hélio na estrela menor.A estrela em crescimento rápido tornou-se uma anã branca. A menor passou a acumular matéria, cresceu e incorporou a anã branca. As camadas externas desta estrela combinada foram ejetadas, deixando para atrás a anã branca e o núcleo de hélio da estrela companheira. A anã branca sugou matéria da estrela companheira até tornar-se instável e explodir como uma mini supernova, deixando atrás de si uma estrela zumbi sobrevivente.
Astrônomos já localizaram os restos de uma explosão de outra supernova Tipo Iax. Em janeiro de 2013, foram obtidas pelo Hubble imagens da supernova 2008ha, localizada a 69 milhões de anos-luz da Terra, na galáxia UGC 12682, mais de quatro anos após sua explosão. As imagens mostram um objeto na área da supernova, que poderia ser a estrela zumbi ou a companheira. 
SN 2012Z é uma das mais potentes supernovas do Tipo Iax, e SN 2008ha é uma das mais fracas da classe, mostrando que os sistemas Tipo Iax são muito diferentes,” explicou Foley, principal autor do artigo sobre SN 2008ha. “E talvez essa diversidade esteja relacionada à forma como cada uma dessas estrelas explode. Talvez essas supernovas não destruam totalmente a anã branca, nós supomos que algumas destas explosões ejetem um pouco, e algumas, bastante.”
Os astrônomos esperam que suas novas descobertas estimulem o desenvolvimento de modelos aprimorados para essas explosões de anãs brancas e permitam uma compreensão mais  completa do relacionamento entre as supernovas Tipo Iax e as normais Tipo Ia e seus sistemas estelares correspondentes.

Tradução de Luiz Leitão

The two inset images show before-and-after images captured by NASA’s Hubble Space Telescope of Supernova 2012Z in the spiral galaxy NGC 1309. The white X at the top of the main image marks the location of the supernova in the galaxy.
Using NASA’s Hubble Space Telescope, a team of astronomers has spotted a star system that could have left behind a “zombie star” after an unusually weak supernova explosion.
A supernova typically obliterates the exploding white dwarf, or dying star. On this occasion, scientists believe this faint supernova may have left behind a surviving portion of the dwarf star -- a sort of zombie star.
While examining Hubble images taken years before the stellar explosion, astronomers identified a blue companion star feeding energy to a white dwarf, a process that ignited a nuclear reaction and released this weak supernova blast. This supernova, Type Iax, is less common than its brighter cousin, Type Ia. Astronomers have identified more than 30 of these mini-supernovas that may leave behind a surviving white dwarf.
“Astronomers have been searching for decades for the star systems that produce Type Ia supernova explosions,” said scientist Saurabh Jha of Rutgers University in Piscataway, New Jersey. “Type Ia’s are important because they’re used to measure vast cosmic distances and the expansion of the universe. But we have very few constraints on how any white dwarf explodes. The similarities between Type Iax’s and normal Type Ia’s make understanding Type Iax progenitors important, especially because no Type Ia progenitor has been conclusively identified. This discovery shows us one way that you can get a white dwarf explosion.”
The team’s results will appear in the Thursday, Aug. 7 edition of the journal Nature.
The weak supernova, dubbed SN 2012Z, resides in the host galaxy NGC 1309 which is 110 million light-years away. It was discovered in the Lick Observatory Supernova Search in January 2012. Luckily, Hubble’s Advanced Camera for Surveys also observed NGC 1309 for several years prior the supernova outburst, which allowed scientists to compare before-and-after images.
Curtis McCully, a graduate student at Rutgers and lead author of the team’s paper, sharpened the Hubble pre-explosion images and noticed a peculiar object near the location of the supernova.
“I was very surprised to see anything at the location of the supernova. We expected  the progenitor system would be too faint to see, like in previous searches for normal Type Ia supernova progenitors. It is exciting when nature surprises us,” McCully said.
After studying the object’s colors and comparing with computer simulations of possible Type Iax progenitor systems, the team concluded they were seeing the light of a star that had lost its outer hydrogen envelope, revealing its helium core.
The team plans to use Hubble again in 2015 to observe the area, giving time for the supernova’s light to dim enough to reveal any possible zombie star and helium companion to confirm their hypothesis.
“Back in 2009, when we were just starting to understand this class, we predicted these supernovae were produced by a white dwarf and helium star binary system,” said team member Ryan Foley of the University of Illinois at Urbana-Champaign, who helped identify Type Iax supernovae as a new class. “There’s still a little uncertainty in this study, but it is essentially validation of our claim.”
One possible explanation for the unusual nature of SN 2012Z is that a game of seesaw ensued between the bigger and smaller of the star pair. The more massive star evolved more quickly to expand and dump its hydrogen and helium onto the smaller star. The rapidly evolving star became a white dwarf. The smaller star bulked up, grew larger and engulfed the white dwarf. The outer layers of this combined star were ejected, leaving behind the white dwarf and the helium core of the companion star. The white dwarf siphoned matter from the companion star until it became unstable and exploded as a mini-supernova, leaving behind a surviving zombie star.
Astronomers already have located the aftermath of another Type Iax supernova blast. Images were taken with Hubble in January 2013 of supernova 2008ha, located 69 million light-years away in the galaxy UGC 12682, in more than four years after it exploded. The images show an object in the area of the supernova that could be the zombie star or the companion. The findings will be published in The Astrophysical Journal.
“SN 2012Z is one of the more powerful Type Iax supernovae and SN 2008ha is one of the weakest of the class, showing that Type Iax systems are very diverse,” explained Foley, lead author of the paper on SN 2008ha. “And perhaps that diversity is related to how each of these stars explodes. Because these supernovae don’t destroy the white dwarf completely, we surmise that some of these explosions eject a little bit and some eject a whole lot.”
The astronomers hope their new findings will spur the development of improved models for these white dwarf explosions and a more complete understanding of the relationship between Type Iax and normal Type Ia supernovae and their corresponding star systems.

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