O que são hipernovas?

 

Hipernovas são as explosões estelares mais energéticas conhecidas, muito mais poderosas que uma supernova comum.

Elas liberam tipicamente 10 a 100 vezes mais energia cinética que uma supernova de colapso do núcleo normal (≈ 10⁵² joules em vez de 10⁵¹ joules) e produzem jatos relativísticos de matéria (quase à velocidade da luz).

Elas são responsáveis por dois fenómenos observacionais importantes:

• Surto de raios-gama longo (Long-duration Gamma-Ray Burst ou LGRB)
• Algumas supernovas superbrilhantes (tipo Ic-BL, ou “broad-lined”)

Que tipo de estrela produz uma hipernova?

Só estrelas extremamente massivas e com características muito especiais explodem como hipernovas:

• Massa inicial: ≥ 25–30 M☉, mas geralmente > 40 M☉ (até 100–150 M☉ ou mais)
• Baixo conteúdo de metais (metal-poor): típicas das primeiras gerações de estrelas (População III) ou em galáxias anãs
• Perda muito eficiente do envelope de hidrogênio/hélio antes da morte → a estrela morre como uma estrela Wolf-Rayet (WR) do tipo WC ou WO (quase só carbono e oxigênio expostos)

Quando a estrela morre, seu núcleo é de carbono-oxigênio (C-O) com massa muito alta: > 15–20 M☉ (muito acima do normal).

O mecanismo da hipernova (modelo mais aceito hoje: “collapsar”)

1. Colapso do núcleo O núcleo de ferro (formado rapidamente) ultrapassa o limite de Chandrasekhar e colapsa.
2. Rotação extremamente rápida A estrela progenitora girava muito rápido. A conservação do momento angular faz o núcleo colapsado girar a milésimas de segundo.
3. Formação de um disco de acreção + jatos relativísticos Parte do material que cai forma um disco de acreção em torno do buraco negro que se forma no centro. Campos magnéticos intensos extraem energia rotacional do buraco negro ou do disco → lançam dois jatos ultra-relativísticos (Γ > 100) ao longo do eixo de rotação.
4. Explosão assimétrica colossal Os jatos perfuram a estrela em segundos, depositam enorme energia no envelope e aceleram material a velocidades altíssimas. A explosão é altamente assimétrica (bipolar), muito mais energética que uma supernova esférica comum.
5. Produção extrema de elementos pesados Especialmente níquel-56 (56Ni): hipernovas podem sintetizar 5–20 M☉ de 56Ni (contra ~0,1 M☉ em supernovas normais). É o decaimento do 56Ni → 56Co → 56Fe que faz a curva de luz ser tão brilhante e larga.

Exemplos famosos de hipernovas

• SN 1998bw – a primeira hipernova confirmada, associada ao GRB 980425
• SN 2003dh – com GRB 030329
• SN 2010ah – uma das mais energéticas já vistas
• SN 2022xxf (ou “Brimrose”) – descoberta recente, curva de luz extremamente larga

Consequências cósmicas das hipernovas

• São as principais candidatas a primeiras explosões de estrelas do Universo (População III)
• Enriquecem rapidamente o meio interestelar com metais pesados
• Produzem os elementos mais pesados via processo-r (captura rápida de nêutrons) – ouro, urânio, európio, etc.
• Deixam buracos negros de massa estelar muito massivos (20–100 M☉) → sementes para buracos negros supermassivos
• São raras: apenas ~1 em cada 1.000 supernovas de colapso é uma hipernova

Resumo rápido

Hipernova = supernova de uma estrela muito massiva, de rápida rotação e pobre em metais → colapso forma buraco negro + disco de acreção → jatos relativísticos perfuram a estrela → explosão 10–100× mais energética + jato de raios-gama + produção colossal de níquel-56.

Se quiser, posso falar sobre as pair-instability supernovae (outra classe ainda mais energética, em estrelas de 140–260 M☉ que explodem completamente sem deixar remanescente) ou sobre os magnetares que às vezes também produzem explosões parecidas. É só pedir!