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Estrela supernova rara pode solucionar mistério de 40 anos sobre a antimatéria

Maior parte da antimatéria da Via Láctea pode vir de colisões explosivas entre estrelas anãs brancas

NASA/Tod Strohmayer (GSFC)/Dana Berry (Chandra X-Ray Observatory)
A maior parte da antimatéria que permeia a Via Láctea pode ter se originado dos restos de estrelas mortas, segundo descobertas de novo estudo.

Esse trabalho pode solucionar um mistério de 40 anos da astrofísica, dizem os autores do estudo.

Para cada partícula de matéria normal, há uma de antimatéria com carga elétrica oposta, mas com a mesma massa. A antipartícula do elétron carregado negativamente, por exemplo, é o pósitron, de carga positiva.

Quando uma partícula encontra sua antipartícula, elas se destroem, produzindo uma explosão de energia. Um grama de antimatéria aniquilando um grama de matéria liberaria cerca do dobro de quantidade de energia da bomba nuclear lançada em Hiroshima, no Japão.

Há mais de 40 anos, cientistas notaram pela primeira vez que o tipo de raios-gama que é liberado quando ocorre a aniquilação de pósitrons estava sendo emitido por toda a galáxia. Suas descobertas sugeriram que 10^43 (1 seguido de 43 zeros) pósitrons estavam sendo aniquilados a cada segundo na Via Láctea. Estranhamente, a maioria desses pósitrons era detectada no bojo central da galáxia ao invés de em seu disco externo, mesmo que o bojo abrigue menos da metade da massa da Via Láctea.

Esses pósitrons podem ter sido emitidos por material radioativo sintetizado por estrelas. Entretanto, por décadas, pesquisadores têm sido incapazes de apontar um tipo de estrela que pudesse gerar uma quantidade de antimatéria tão grande como essa. Isso levou a hipóteses de que muitos pósitrons se originaram a partir de fontes exóticas, como um buraco negro supermassivo que acredita-se existir no centro da galáxia, ou de partículas de matéria escura destruindo umas às outras.

“A origem desses pósitrons é um mistério de 40 anos da astrofísica”, disse Roland Crocker, principal autor do novo trabalho e astrofísico de partículas na Universidade Nacional Australiana em Canberra. O novo estudo sugere que um tipo de supernova - uma explosão colossal de uma estrela - poderia gerar a vasta quantidade de pósitrons que as pesquisas anteriores observaram, e explicar os locais da galáxia nos quais eles foram detectados.

“Não é preciso nada exótico como matéria escura para explicar os pósitrons”, disse Crocker à Space.com.

Os cientistas focaram em um tipo de supernova conhecido como SN 1991bg, detectado em outras galáxias. Diferente da maioria das supernovas, que podem ofuscar brevemente todas as outras estrelas em sua galáxia, esse tipo não produz muita luz visível e é bastante rara, motivo pelo qual conseguiu evitar ser detectada na Via Láctea, segundo Crocker.

Pesquisas anteriores sugeriram que essas supernovas escuras ocorrem quando duas anãs brancas se fundem. Anãs brancas são núcleos, muito densos e do tamanho da Terra, de estrela mortas deixados para trás quando as estrelas esgotaram seu combustível e perderam suas camadas externas. A maioria das estrelas, incluindo o Sol, se tornará anãs brancas um dia.

Especificamente, acredita-se que essas supernovas fracas ocorrem quando duas anãs brancas - uma rica em carbono e oxigênio e a outra, em hélio - de pouca massa colidem. Embora essas supernovas sejam mais raras que as comuns, elas geram quantidades muito maiores de isótopos radioativos conhecidos como titânio-44, os quais liberam os tipos de pósitrons que astrônomos detectaram atravessando a Via Láctea.

O novo estudo sugere que essas supernovas poderiam ser suficientes para criar todos os inexplicáveis pósitrons, solucionando, assim, o mistério.

Considerando que a maioria das supernovas ocorre quando estrelas jovens e massivas morrem, as supernovas do tipo SN 1991bg são encontradas em vizinhanças mais ricas em estrelas mais antigas, de três a seis bilhões de anos. Essa diferença de idade poderia explicar por que os pósitrons detectados anteriormente foram majoritariamente vistos no bojo central da Via Láctea, que possui uma proporção muito maior de estrelas antigas em comparação ao disco externo da galáxia.

Outras fontes podem contribuir com alguns dos pósitrons detectados por pesquisas prévias, disse Crocker. Ainda assim, “eles não são necessários, dado que a supernova do tipo SN 1991bg pode, basicamente, explicar toda a fenomenologia dos pósitrons”, segundo ele. “Dados mais recentes mostram que há uma fonte de pósitrons conectada ao centro da galáxia”, acrescentou Crocker. “No nosso modelo, isso é atribuído a velhas estrelas distribuídas em escalas de cerca de 200-parsec (650 anos-luz) em torno do buraco negro supermassivo da galáxia, mas o buraco negro em si já é uma fonte alternativa interessante."

Os cientistas detalharam online suas descobertas no dia 22 de maio na revista científica Nature Astronomy.

Charles Q. Choi, SPACE.com

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