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Três momentos diferentes em uma explosão distante de supernova foram capturados em um único instantâneo pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA. A estrela explodiu há mais de 11 bilhões de anos, quando o universo tinha menos de um quinto de sua idade atual de 13,8 bilhões de anos.
Este é o primeiro olhar detalhado de uma supernova tão cedo na história do universo. A pesquisa pode ajudar os cientistas a aprender mais sobre a formação de estrelas e galáxias no início do universo. As imagens da supernova também são especiais porque mostram os estágios iniciais de uma explosão estelar.
“É muito raro que uma supernova possa ser detectada em um estágio muito inicial, porque esse estágio é muito curto”, explicou Wenlei Chen, primeiro autor do artigo e pesquisador de pós-doutorado na Escola de Física e Astronomia da Universidade de Minnesota. “Dura apenas de horas a alguns dias, e pode ser facilmente perdido, mesmo para uma detecção próxima. Na mesma exposição, podemos ver uma sequência de imagens – como múltiplas faces de uma supernova.”
Isso foi possível por meio de um fenômeno chamado lente gravitacional, que foi previsto pela primeira vez na teoria da relatividade geral de Einstein. Nesse caso, a imensa gravidade do aglomerado de galáxias Abell 370 atuou como uma lente cósmica, curvando e ampliando a luz da supernova mais distante localizada atrás do aglomerado.
A deformação também produziu várias imagens da explosão em diferentes períodos de tempo que chegaram à Terra ao mesmo tempo e foram capturadas em uma imagem do Hubble. Isso só foi possível porque as imagens ampliadas seguiram rotas diferentes através do aglomerado devido tanto a diferenças no comprimento dos caminhos seguidos pela luz da supernova quanto à desaceleração do tempo e curvatura do espaço devido à gravidade.
A exposição do Hubble também capturou a rápida mudança de cor da supernova, que indica mudança de temperatura. Quanto mais azul a cor significa, mais quente é a supernova. A primeira fase capturada aparece em azul. À medida que a supernova esfriava, sua luz ficava mais vermelha.
“Você vê cores diferentes nas três imagens diferentes”, disse Patrick Kelly, líder do estudo e professor assistente na Escola de Física e Astronomia da Universidade de Minnesota. “Você tem a estrela massiva, o núcleo colapsa, produz um choque, esquenta e então você a vê esfriar por uma semana. Acho que essa é provavelmente uma das coisas mais incríveis que já vi! “
Esta é também a primeira vez que os astrônomos conseguiram medir o tamanho de uma estrela moribunda no início do universo. Isso foi baseado no brilho e na taxa de resfriamento da supernova, ambos dependentes do tamanho da estrela progenitora. As observações do Hubble mostram que a supergigante vermelha cuja explosão de supernova os pesquisadores descobriram era cerca de 500 vezes maior que o Sol.
Chen, Kelly e uma equipe internacional de astrônomos encontraram essa supernova vasculhando os arquivos de dados do Hubble em busca de eventos transitórios. Chen escreveu algoritmos de aprendizado de máquina para encontrar esses eventos, mas esse foi o único transiente identificado.
Chen e Kelly têm tempo planejado para o Telescópio Espacial James Webb da NASA observar supernovas ainda mais distantes. Eles esperam contribuir com um catálogo de supernovas muito distantes para ajudar os astrônomos a entender se as estrelas que existiram há muitos bilhões de anos são diferentes daquelas do universo próximo.
O artigo da equipe, intitulado “Shock cooling of a red-supergiant supernova at redshift 3 in lensed images”, será publicado em Natureza em 10 de novembro.
O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA. O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, administra o telescópio. O Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore conduz as operações científicas do Hubble. O STScI é operado para a NASA pela Association of Universities for Research in Astronomy, em Washington, DC
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