Acompanhamento eletromagnético da onda gravitacional de massa subsolar candidata S251112cm: restrições de kilonova e uma supernova IIb coincidente

Em 12 de novembro de 2025, a colaboração LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) anunciou a detecção de ondas gravitacionais provenientes de um evento candidato a fusão de objetos compactos, designado S251112cm. Este evento é notável por apresentar pelo menos um componente de massa subsolar, uma característica que o torna de particular interesse para a astrofísica de ondas gravitacionais. A identificação de tais sistemas é crucial para a compreensão dos mecanismos de formação e evolução de objetos compactos no universo, incluindo buracos negros e estrelas de nêutrons de massas incomuns. A detecção de S251112cm abriu caminho para um acompanhamento eletromagnético intensivo, visando identificar possíveis contrapartes e obter informações complementares sobre a natureza do evento.

Para investigar a contraparte eletromagnética de S251112cm, uma campanha de observação foi rapidamente iniciada utilizando diversos telescópios. A Dark Energy Camera (DECam), o Telescópio Fraunhofer no Observatório Wendelstein (FTW) e o Zwicky Transient Facility (ZTF) foram empregados para rastrear a região de localização das ondas gravitacionais. A pesquisa cobriu 56% da área de incerteza do evento, começando apenas 2, 4 horas após a emissão do alerta de onda gravitacional. Apesar dos esforços, não foi detectada nenhuma contraparte de kilonova (KN), que seria a emissão eletromagnética esperada de uma fusão de estrelas de nêutrons ou de uma estrela de nêutrons com um buraco negro de baixa massa. A ausência de uma kilonova impõe restrições significativas aos modelos teóricos.

Com base na ausência de detecção de kilonovas, foram aplicados modelos de transferência radiativa para avaliar as possíveis emissões deste candidato a evento de onda gravitacional. Os resultados indicam que uma parcela considerável dos modelos de kilonova pode ser descartada. Especificamente, 42% dos modelos foram excluídos com base nos dados do ZTF, 68% pelos dados da DECam e impressionantes 92% pelos dados do FTW. Essas restrições são fundamentais para refinar nossa compreensão dos processos físicos que governam a produção de elementos pesados e a emissão de luz após a fusão de objetos compactos. A capacidade de descartar uma grande fração de modelos de kilonova ajuda a direcionar futuras pesquisas e aprimorar as previsões para eventos semelhantes.

Em um desenvolvimento notável, a supernova SN 2025adtq, do Tipo IIb, foi identificada em coincidência espacial e temporal com o candidato a evento de onda gravitacional S251112cm. Esta é a segunda vez que uma supernova Tipo IIb é associada a um candidato a onda gravitacional de massa subsolar, seguindo o precedente estabelecido pela associação S250818k/SN 2025ulz, relatada anteriormente. Supernovas do Tipo IIb são caracterizadas pela perda de hidrogênio em suas camadas externas antes da explosão, exibindo espectros que inicialmente mostram linhas de hidrogênio, mas que evoluem para dominar as linhas de hélio. A coincidência de uma supernova com um evento de onda gravitacional de massa subsolar levanta questões intrigantes sobre os canais de formação de tais sistemas.

A análise estatística da associação entre SN 2025adtq e S251112cm foi realizada para determinar a probabilidade de que essa coincidência seja genuína ou meramente fortuita. Os pesquisadores calcularam uma razão de chances que, inicialmente, favorece a hipótese de associação em detrimento da hipótese nula, que postula que os dois eventos não estão relacionados. No entanto, quando essa análise é condicionada à descoberta de uma supernova coincidente por acaso, a razão de chances inverte-se e desfavorece a associação. Essa nuance estatística sublinha a complexidade de estabelecer conexões definitivas entre eventos astronômicos raros e a necessidade de mais dados para confirmar ou refutar tais associações.

Em conjunto, esses resultados fornecem evidências sugestivas, mas ainda inconclusivas, para a existência de um canal de formação de superkilonovas ou outros fenômenos associados a fusões de objetos compactos de massa subsolar que também podem produzir supernovas do Tipo IIb. A natureza ambígua da razão de chances, dependendo da condição aplicada, ressalta a importância de acumular um número maior de eventos semelhantes para fortalecer as conclusões estatísticas. A continuidade do monitoramento de eventos de ondas gravitacionais e o aprimoramento das técnicas de busca por contrapartes eletromagnéticas serão cruciais para desvendar os mistérios por trás desses fenômenos extremos e para avançar nossa compreensão da astrofísica de transientes.