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Supernovas estão entre os eventos mais extremos do universo e consistem na explosão de uma estrela nos seus estágios finais de evolução. Em especial, supernovas do tipo Ia tem um brilho bastante característico que permite aos astrônomos usá-las para medir a distância até as galáxias que as hospedam.
Para entender estas supernovas Ia precisamos falar sobre anãs brancas, pois são elas que dão origem a esse fenômeno. Anãs brancas são objetos astronômicos bastante densos, normalmente possuindo um peso comparável ao nosso Sol e o tamanho comparável à Terra. Elas são um dos possíveis estágios finais da vida de uma estrela.
Diferentemente de uma estrela, as anãs brancas não realizam reações de fusão nuclear para gerar energia. Assim o material presente no astro é atraído para seu centro devido a interação gravitacional, mas a anã branca é impedida de colapsar devido ao princípio de exclusão de Pauli.
O princípio de exclusão de Pauli é um efeito quântico que diz ser impossível que duas partículas idênticas ocupem o mesmo estado quântico. Partículas que seguem este princípio são chamadas férmions e entre eles estão os prótons, nêutrons e elétrons, para citar alguns exemplos.
Enquanto a gravidade tenta trazer o material da anã branca para o centro, os elétrons começam a se acumular e para não violarem o princípio de Pauli começam a fazer pressão em direção oposta ao núcleo. Anãs brancas existem devido ao equilíbrio entre estas duas forças.
Porém, se essa anã branca se tornar muito massiva, a pressão dos elétrons é insuficiente para compensar a atração gravitacional e ela colapsa dando origem a uma supernova do tipo Ia. O limite para a massa de uma anã branca estável é conhecido como limite de Chandrasekhar e equivale a 1.44 massas solares.
Estas supernovas geralmente acontecem em sistemas binários compostos de uma anã branca e uma estrela de sequência principal. A anã branca começa a absorver matéria da sua estrela companheira, aumentando sua massa de forma contínua até ultrapassar o limite de Chandrasekhar.
Como a explosão da supernova ocorre com uma quantidade muito específica de matéria, estas supernovas são muito parecidas possuindo um brilho bastante característico. Isto permite que usemos elas como “velas padrão”.
Velas padrão são objetos de luminosidade bem conhecida, assim usando a luminosidade aparente na Terra é possível saber a distância deste objeto. Isto é parecido com a luz de uma vela comum, onde a luminosidade diminui de maneira consistente com a distância, seguindo a lei do inverso do quadrado.
Supernovas Ia são extremamente importantes para a Astronomia, sendo velas padrões conseguimos medir distância enormes! Isto foi o que tornou possível a descoberta da expansão acelerada do universo e é uma das principais formas de estudar energia escura!