Era uma vez uma estrela que explodia regularmente em Andrómeda

Fez toda a sua vida fora de Portugal, agora aos 35 anos está há quase dois a viver pela primeira vez no país – em Aveiro. Valério Ribeiro é o rosto português de uma equipa internacional que tem os telescópios postos numa estrela numa galáxia vizinha da nossa.

Na galáxia de Andrómeda, vizinha da nossa Via Láctea, descobriu-se uma estrela muito especial em 2008: desde então, a cada ano, com uma regularidade sem precedentes, observa-se uma explosão à sua superfície. Esta estrela é uma anã-branca, objecto resultante da morte de uma estrela como o nosso Sol depois de ter consumido o seu hidrogénio em reacções nucleares. É acompanhada por uma outra estrela a que vai roubando hidrogénio – e é precisamente a acumulação deste gás num disco à volta da anã-branca que, ao entrar em fusão nuclear, origina uma explosão termonuclear e expele elementos químicos, desde hidrogénio até ferro, formando uma nuvem. Agora, pela primeira vez, há provas de uma gigantesca nuvem deste género formada por explosões repetidas à superfície de uma anã-branca.

Apresentada a protagonista de um artigo científico publicado na revista Nature, por uma equipa internacional que inclui o físico português Valério Ribeiro, vamos ao resto das explicações para se perceber bem a importância desta descoberta na galáxia de Andrómeda (Messier 31, ou M31), localizada a 2,5 milhões de anos-luz de distância da Terra.

A explosão do hidrogénio que se foi acumulando na superfície de uma anã-branca designa-se por “nova”, sendo, nesse instante, essa erupção um milhão de vezes mais luminosa do que o Sol. Quando é uma só explosão, está-se perante uma “nova clássica”, um fenómeno que é relativamente frequente no Universo. Mas quando as explosões são frequentes, numa escala de décadas, como o caso em análise, trata-se de uma “nova recorrente”. Eis então a M31N 2008-12a, a “nova recorrente” desta história científica.

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A nuvem remanescente da anã-branca captada pelo telescópio espacial Hubble DR

Continuando na terminologia astrofísica, a nuvem formada à volta das explosões desta anã-branca – e que se designa por “remanescente” – é tão grande que os cientistas até lhe chamam super-remanescente, atingindo de uma ponta à outra 400 anos-luz. Ou seja, a luz (que viaja a 300 mil quilómetros por segundo) demora 400 anos a ir de um extremo ao outro (a luz emitida pelo nosso Sol chega à Terra em apenas oito minutos). Para se ter a noção de quão grande é esta nuvem formada por elementos químicos expelidos pela estrela em questão, é preciso dizer ainda que uma típica nuvem remanescente originada por uma “nova” tem cerca de um ano-luz de distância de uma ponta à outra.

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A nuvem remanescente da anã-branca captada pelo Telescópio de Liverpool, na ilha La Palma, nas Canárias DR

Para que estas explosões aconteçam, sejam elas “novas clássicas” ou “novas recorrentes”, a anã-branca tem sempre de ter uma estrela companheira, de onde vem o hidrogénio, como explica ao PÚBLICO o físico Valério Ribeiro, do Departamento de Física da Universidade de Aveiro e do Instituto de Telecomunicações, em Aveiro também. “Assim que o hidrogénio vai caindo na anã-branca, esta fica com uma camada de hidrogénio na superfície. Depois de algum tempo, na base desta camada, portanto na superfície da anã-branca, a matéria começa a entrar em fusão e é expelida. É esta matéria que estamos a observar neste estudo.”

Neste sistema binário, qual é então o outro objecto que o constitui? “Pensamos que a estrela secundária é uma gigante vermelha ou subgigante. O termo ‘nova’ é aplica-se à erupção que acontece na superfície da anã-branca. O outro objecto do sistema funciona para dar mais matéria à anã-branca, de forma que esta possa vir a explodir”, responde Valério Ribeiro.

O nosso Sol também será uma anã-branca, quando morrer daqui a 5000 milhões de anos. Irá primeiro inchar, tornando-se uma gigante vermelha, depois expelirá aos soluços as suas camadas exteriores, acabando como um “caroço”, uma anã-branca. Não se tornará uma “nova”, porque para tal precisaria de uma estrela companheira.

Apocalipse estelar

A equipa de Valério Ribeiro, cujo principal autor do trabalho é Matt Darnley, da Universidade John Moores de Liverpool (Reino Unido), compara esta “nova recorrente” com um outro tipo de explosão cataclísmica de estrelas. Também essas explosões acontecem no fim da vida de uma estrela, só que essa estrela tem de ter bastante mais massa do que o Sol (a partir de oito massas). Explode e surge então uma supernova, que originará ou uma estrela de neutrões ou um buraco negro. Enquanto o núcleo desaba sobre si próprio, essa estrela supermaciça expele violentamente as camadas exteriores para o espaço e a sua nuvem remanescente é enorme.

Mas a M31N 2008-12a veio surpreender os cientistas. “A novidade é que não esperávamos que uma remanescente tão grande fosse possível, principalmente que fosse maior do que muitas outras supernovas. Para isto acontecer, esta ‘nova recorrente’ teve de estar a explodir durante milhões de anos. Houve milhões de explosões”, sublinha o físico português (no vídeo em cima vemos a simulação das primeiras 100 erupções e de como a nuvem foi crescendo). “Uma remanescente tão grande pode levar muito mais longe elementos químicos, que podem vir a poluir sistemas em que estão a ser formados planetas como o nosso.” Afinal, tirando o hidrogénio, o hélio e alguns vestígios de lítio e berílio, criados nos três primeiros minutos de existência do Universo após o Big Bang, os outros elementos químicos – de que a Terra e nós próprios somos feitos – foram cozinhados todos nas estrelas.

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O físico Valério Ribeiro DR

Matt Darnley, que trata carinhosamente esta “nova recorrente” por “12a”, diz que estas erupções termonucleares “são essencialmente bombas de hidrogénio, que ejectam material equivalente à massa da Lua em todas as direcções a alguns milhares de quilómetros por segundo”: “Estes materiais ejectados actuam como um limpa-neves, empilhando o meio interestelar circundante para formar a concha que observamos – a ‘pele’ exterior da bolha, ou a super-remanescente, como lhe chamamos.”

Daqui a menos de 20 mil anos, a anã-branca deverá ter um final apocalíptico, explodindo como uma supernova de tipo Ia, segundo as estimativas dos cientistas. Ainda que o nome desta explosão pareça remeter para a morte das tais estrelas muito mais maciças do que o nosso Sol, também não é disso que se trata. As anãs-brancas continuam a ser aqui as protagonistas.

“A supernova do tipo Ia é diferente daquelas que dão origem a estrelas de neutrões ou buracos negros. A explosão do tipo Ia acontece no interior de uma anã-branca de carbono e oxigénio – ao contrário das ‘novas’, em que que a erupção acontece na superfície da anã-branca – e também se encontra num sistema binário. As outras supernovas são originadas por estrelas muito mais maciças do que o nosso Sol”, esclarece Valério Ribeiro.

Ainda que vá explodindo frequentemente o hidrogénio “roubado” à estrela companheira, a anã-branca também deverá ir acumulando algum desse hidrogénio ao longo do tempo. “A anã-branca vai crescendo em massa e, quando chegar a uma massa crítica, explode como uma supernova do tipo Ia.”

Nessa derradeira explosão, a anã-branca é completamente destruída. As supernovas do tipo Ia são relativamente raras, como refere um comunicado da Universidade de Lancaster sobre o trabalho. Na nossa galáxia, a Via Láctea, não observamos uma supernova deste tipo desde a Supernova de Kepler, assim chamada em homenagem ao famoso astrónomo alemão Johanes Kepler, um dos primeiros a observá-la em 1604.

Já muito se sabe sobre as supernovas do tipo Ia – afinal, elas funcionam como velas-padrão no Universo, uma vez que têm uma luminosidade bem conhecida. Sabe-se que para essas explosões acontecerem tem de haver uma determinada massa crítica, o que se traduz numa determinada luminosidade. Desta forma, as supernovas do tipo Ia funcionam como uma escala para distâncias cósmicas.

Aliás, Saul Perlmutter, Brian Schmidt e Adam Riess ganharam o Prémio Nobel da Física de 2011 “pela descoberta da expansão acelerada do Universo através da observação de supernovas distantes”. As equipas destes investigadores observaram mais de 50 supernovas do tipo Ia cuja luz era mais fraca do que seria de esperar, o que lhes permitiu demonstrar que o Universo está a expandir-se de forma cada vez mais rápida. Ainda que localmente haja galáxias (autênticas ilhas de matéria) que estão a aproximar-se, a uma escala mais ampla tudo se está a afastar. O espaço entre as ilhas de matéria do Universo está a aumentar.

Embora sejam usadas como velas-padrão, há aspectos fundamentais sobre as supernovas do tipo Ia que se mantêm desconhecidos. “Não sabemos quais são as suas condições iniciais, a sua evolução e o que faz crescer a massa da anã-branca e, finalmente, explodir”, nota Valério Ribeiro.

Por exemplo, será que uma supernova do tipo Ia resulta sempre de uma “nova” que explode frequentemente até se destruir numa explosão final muito energética? Essa é uma das possibilidades, responde Valério Ribeiro, dizendo que, no entanto, nem todos os físicos gostam dessa hipótese. Outra hipótese é resultar da colisão entre duas anãs-brancas, por atracção gravitacional, originando o seu fim cataclísmico.

Por isso, a observação da M31N 2008-12a pode revelar-se muito preciosa, como nota Rebekah Hounsell, da Universidade da Pensilvânia (EUA), também autora do trabalho. “As supernovas de tipo Ia são uma das maiores explosões do Universo e a nossa sonda cosmológica mais aperfeiçoada. Até ao momento, a nova recorrente M31N 2008-12a é a progenitora mais provável de uma supernova do tipo Ia, fornecendo-nos a oportunidade única de estudar um sistema destes antes do seu desaparecimento final”, refere a investigadora em comunicado. “Embora as nossas previsões apontem para que a ‘12a’ expluda em menos de 20 mil anos, há a possibilidade de tal acontecer na próxima década ou por aí.”

Se tal acontecer nesse “já hoje” à escala cosmológica, os astrónomos actuais serão uns sortudos, porque, estando em Andrómeda, essa seria a supernova mais próxima alguma vez observada através de telescópios. Além disso, nunca acompanhámos uma “nova recorrente” a transformar-se em supernova de tipo Ia, acrescenta o físico português. “Aí, iríamos resolver uma série de questões – ou ter mais perguntas.”

Do mundo para Aveiro

 Anãs-brancas, novas, novas recorrentes, supernovas, supernovas do tipo Ia, nuvens remanescentes – eis a viagem científica que fizemos graças a uma estrela especial numa galáxia vizinha.

Por agora, as suas observações decorreram em vários telescópios, em bandas do espectro electromagnético que vão do infravermelho até à radiação ultraviolenta, passando pela luz visível (a que os nossos olhos vêem). Além do Hubble, a lista inclui o Telescópio de Liverpool ou o Grande Telescópio das Canárias.

Agora a equipa espera conseguir observar muitas “novas” na nossa própria galáxia, uma tarefa difícil – adianta Valério Ribeiro – porque há muitas poeiras na Via Láctea que ofuscam as nuvens remanescentes das anãs-brancas. Na Via Láctea só se conhecem 300 “novas”, das quais só dez são “recorrentes”. Por isso, os cientistas depositam esperanças num novo radiotelescópio que aí vem – o SKA, que observará ondas de rádio. As poeiras, que criam opacidade para a luz visível, são transparentes para as ondas de rádio.

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O físico Valério Ribeiro DR

O SKA, o primeiro telescópio transcontinental, começará a ser construído em 2020 e terá antenas espalhadas na Austrália, Nova Zelândia, África do Sul e outros países africanos. Um consórcio de instituições académicas e empresas portuguesas (o Engage SKA), coordenado pelo investigador Domingos Barbosa (do Instituto de Telecomunicações em Aveiro), participa já neste projecto. E está tomada a decisão política de que Portugal será um dos membros fundadores, frisa Domingos Barbosa, faltando agora a assinatura do acordo internacional.

“Com o SKA vão-se descobrir – na minha perspectiva – todas as ‘novas’ na nossa galáxia”, considera Valério Ribeiro. “O que nos vai ajudar a compreender a distribuição dos elementos químicos e de como enriquecem outros planetas em formação, criando condições para o aparecimento de moléculas essenciais à vida, tal como aconteceu com a Terra há alguns milhares de milhões de anos”, acrescenta o comunicado da Universidade de Aveiro.

O físico de 35 anos diz mesmo que foi o SKA que o fez vir para Aveiro. Nascido em Maputo e com nacionalidade portuguesa, fez todo um périplo académico. Estudou física e astronomia no Reino Unido, onde se doutorou em 2011 na Universidade John Moores de Liverpool. Seguiu para a Universidade da Cidade do Cabo (África do Sul), até 2014, e daí mudou-se para a Universidade Radboud, em Nijmegen, na Holanda. Em 2016 foi para o Botswana e, por fim, em 2017, veio para a Universidade de Aveiro. É a primeira vez que vive em Portugal.

“Estou a adorar. Portugal tem muito para oferecer e imenso potencial. Tendo passado algum tempo em África e no Reino Unido e na Holanda, não estranho muito Portugal. Consigo identificar-me com a mescla das diferentes culturas em que já vivi.”