“Por que estamos aqui?” continua sendo uma das perguntas mais duradouras que as pessoas fizeram. Uma forma de os cientistas abordarem esta ideia é traçar onde os elementos que nos rodeiam se formaram pela primeira vez. Muitos elementos são criados no interior das estrelas e nos detritos explosivos das supernovas que espalham este material pelo espaço, mas as origens de alguns elementos importantes têm sido difíceis de explicar.
O cloro e o potássio pertencem a esta categoria. Eles são classificados como elementos Z ímpares – possuindo um número ímpar de prótons – e são cruciais para a vida e para o desenvolvimento planetário. Os modelos actuais, no entanto, mostram que as estrelas deveriam produzir apenas cerca de um décimo do cloro e do potássio que os astrónomos realmente observam no Universo, levando a um enigma científico de longa data.
XRISM oferece uma nova maneira de estudar detritos de supernovas
Esta lacuna na compreensão levou investigadores da Universidade de Quioto e da Universidade Meiji a investigar se os remanescentes de supernovas poderiam conter as pistas que faltavam. Eles usaram o XRISM – abreviação de X-Ray Imaging and Spectroscopia Mission, um satélite de raios X lançado pela JAXA em 2023 – para coletar dados de espectroscopia de raios X de alta resolução do remanescente de supernova Cassiopeia A na Via Láctea.
Para conseguir isso, a equipe contou com o instrumento Resolve Microcalorimeter no XRISM. O dispositivo fornece uma resolução de energia cerca de dez vezes mais nítida do que os detectores de raios X anteriores, o que permitiu aos investigadores detectar as ténues linhas de emissão associadas a elementos raros. Depois de recolher dados de Cassiapeia A, compararam as quantidades medidas de cloro e potássio com vários modelos teóricos de como as supernovas criam os elementos.
Evidências de que supernovas produzem elementos associados à vida
Os resultados mostraram linhas claras de emissão de raios X para cloro e potássio em níveis muito mais elevados do que o esperado nos modelos padrão. Isto marca a primeira confirmação observacional de que uma única supernova pode criar elementos suficientes para corresponder ao que os astrónomos veem no espaço. Os investigadores sugerem que uma forte mistura interna em estrelas massivas, possivelmente impulsionada por rotação rápida, interações binárias ou eventos de fusão de camadas, poderia aumentar grandemente a produção destes elementos.
“Quando vimos pela primeira vez os dados do Resolve, descobrimos elementos que eu nunca esperava ver antes do lançamento. Fazer tal descoberta com o satélite que desenvolvemos é uma verdadeira alegria para um pesquisador”, diz o autor correspondente, Toshiki Sato.
Uma visão sobre como as estrelas formam os blocos de construção da vida
Estas descobertas mostram que os ingredientes químicos necessários à vida se formaram em condições extremas nas profundezas das estrelas, longe de qualquer coisa que se assemelhe ao ambiente onde a vida surgiu mais tarde. O trabalho também demonstra quão poderosa a espectroscopia de raios X de alta precisão se tornou na revelação dos processos que ocorrem no interior das estrelas.
“Estou muito satisfeito por termos conseguido, mesmo que ligeiramente, começar a compreender o que acontece dentro das estrelas em explosão,” afirma o autor correspondente Hiroyuki Uchida.
Próximos passos para compreender a evolução estelar
A equipa planeia continuar a estudar remanescentes de supernovas adicionais com o XRISM para determinar se os níveis elevados de cloro e potássio encontrados em Cassiape A são típicos de estrelas massivas ou exclusivos deste remanescente. Isto ajudará a revelar se os processos de mistura interna aqui identificados são uma característica generalizada da evolução estelar.
“Como a Terra e a vida surgiram é uma questão eterna na qual todos já pensaram pelo menos uma vez. Nossa pesquisa revela apenas uma pequena parte desta enorme história, mas me sinto honrado por ter contribuído para ela”, diz o autor correspondente Kai Matsunaga.