As imagens de um professor de Dartmouth das consequências explosivas da colisão de duas estrelas moribundas podem ajudar os cientistas a entender melhor esse tipo raro de evento astronômico – e podem finalmente confirmar a identidade de uma estrela brilhante, mas de vida curta, observada há quase 850 anos.

Robert Fesen, professor de física e astronomia, capturou imagens telescópicas que mostram uma explosão semelhante a fogos de artifício de filamentos finos irradiando de uma estrela altamente incomum no centro de um objeto chamado Pa 30, de acordo com descobertas que ele anunciou em 12 de janeiro no 241º Reunião da Sociedade Astronômica Americana . Fesen é o principal autor de um artigo relatando as descobertas que foram submetidas ao The Astrophysical Journal Letters para publicação.

Pa 30 é uma região densa de gás iluminado, poeira e outras matérias conhecidas como nebulosa. Fesen e seus coautores relatam que o Pa 30 parece conter pouco ou nenhum hidrogênio e hélio, mas é rico nos elementos de enxofre e argônio.

A estrutura e as características incomuns da nebulosa correspondem ao resultado previsto de uma colisão entre estrelas em estágio final conhecidas como anãs brancas , disse Fesen. As anãs brancas são estrelas fracas e extremamente densas do tamanho da Terra que contêm a massa do Sol. A fusão de duas anãs brancas é uma explicação proposta para uma subclasse de supernovas – ou explosões estelares – chamadas eventos Iax, nos quais a estrela não é completamente destruída, disse Fesen.

"Nunca vi nenhum objeto - e certamente nenhum remanescente de supernova na Via Láctea - que se pareça com isso, e nenhum dos meus colegas o viu", disse Fesen. “Esse remanescente permitirá aos astrônomos estudar um tipo particularmente interessante de supernova que até agora eles só podiam investigar a partir de modelos teóricos e exemplos em galáxias distantes”.

O tamanho do Pa 30 e a velocidade com que ele está se expandindo – cerca de 2,4 milhões de milhas por hora – sugerem que a colisão explosiva ocorreu por volta do ano de 1181, relatam os pesquisadores. Isso coincide com as observações de astrônomos chineses e japoneses na época de uma estrela muito brilhante que apareceu repentinamente na constelação de Cassiopeia e ficou visível por cerca de seis meses enquanto desaparecia lentamente. Essas estrelas fugazes são conhecidas como "estrelas convidadas".

As imagens capturadas por Fesen da estrutura e luminosidade da nebulosa não apenas fornecem a estimativa mais precisa de sua idade, mas também podem permitir que os astrônomos refinem os modelos existentes de fusões de anãs brancas. Pa 30 foi descoberto em 2013 pelo co-autor e astrônomo amador Dana Patchick, mas até agora, as imagens da nebulosa mostraram apenas um objeto extremamente fraco e difuso, disse Fesen.

"Nossas imagens mais profundas mostram que Pa 30 não é apenas bonita, mas agora que podemos ver a verdadeira estrutura da nebulosa, podemos investigar sua composição química e como a estrela central gerou sua notável aparência, então comparar essas propriedades com as previsões de modelos específicos de raras fusões de anãs brancas", disse Fesen.

Fesen tirou as imagens de Pa 30 no final de 2022 usando o Telescópio Hiltner de 2,4 metros no Observatório MDM – que Dartmouth possui e opera com outras quatro universidades – adjacente ao Observatório Nacional de Kitt Peak, no Arizona. Fesen equipou o telescópio com um filtro óptico sensível a uma determinada linha de emissão de enxofre. Ele capturou Pa 30 em três exposições de 2.000 segundos sob céu muito claro e obteve dados adicionais sobre a estrutura, tamanho e velocidade da nebulosa.

O estudo de Fesen e seus coautores baseou-se no trabalho publicado em 2019 por pesquisadores russos que encontraram uma estrela extremamente incomum quase no centro de Pa 30. Essa estrela exibiu várias propriedades sugerindo a colisão de duas anãs brancas e tinha um temperatura da superfície de quase 400.000 graus Fahrenheit com uma incrível velocidade do vento de cerca de 35 milhões de milhas por hora.

Em 2021, astrônomos da Universidade de Hong Kong que revisaram os resultados da equipe russa relataram que Pa 30 tinha aproximadamente 1.000 anos e estava quase no mesmo local do céu que a estrela convidada registrada em 1181. Esses pesquisadores propuseram que Pa 30 é o resultado de uma colisão de anãs brancas que iluminou o céu noturno há quase um milênio, embora sua margem de erro em sua idade fosse de 300 anos.

“Nossas novas observações colocam uma restrição muito mais rígida no objeto como tendo uma idade de expansão de cerca de 850 anos, o que é perfeito para ser os restos mortais da estrela convidada de 1181”, disse Fesen. Para os antigos astrônomos , a nova estrela seria quase tão brilhante ou mais brilhante que Vega, a quinta estrela mais brilhante do céu vista da Terra.

"A estrela convidada era brilhante o suficiente para que três grupos separados na China a observassem com alguns dias de diferença e também foi vista no Japão", disse Fesen. "Uma nova estrela tão brilhante quanto Vega teria sido bastante perceptível. Para os antigos, seu aparelho de TV era o céu, então eles teriam facilmente notado e certamente registrado o súbito aparecimento de uma nova estrela brilhante nos céus."