Três meses de observações com o Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) da National Science Foundation permitiram aos astrônomos se concentrar na explicação mais provável para o que aconteceu após a colisão violenta de um par de estrelas de nêutrons em uma galáxia 130 milhões de anos-luz da Terra. O que aprenderam significa que os astrônomos serão capazes de ver e estudar muito mais dessas colisões.
Em 17 de agosto de 2017, os observatórios de ondas gravitacionais LIGO e VIRGO se combinaram para localizar as ondulações fracas no espaço-tempo causadas pela fusão de duas estrelas de nêutrons superdensas. Foi a primeira detecção confirmada de tal fusão e apenas a quinta detecção direta de ondas gravitacionais, prevista há mais de um século por Albert Einstein.
As ondas gravitacionais foram seguidas por explosões de raios gama, raios X e luz visível do evento. O VLA detectou as primeiras ondas de rádio provenientes do evento em 2 de setembro. Esta foi a primeira vez que qualquer objeto astronômico foi visto com ondas gravitacionais e ondas eletromagnéticas.
O tempo e a intensidade da radiação eletromagnética em diferentes comprimentos de onda forneceram aos cientistas pistas sobre a natureza dos fenômenos criados pela colisão inicial de estrelas de nêutrons. Antes do evento de agosto, os teóricos haviam proposto várias idéias – modelos teóricos – sobre esses fenômenos. Como a primeira colisão a ser identificada positivamente, o evento de agosto proporcionou a primeira oportunidade de comparar as previsões dos modelos com as observações reais.
Astrônomos usando o VLA, junto com o Australia Telescope Compact Array e o Giant Metrewave Radio Telescope na Índia, observaram regularmente o objeto de setembro em diante. Os radiotelescópios mostraram a emissão de rádio cada vez mais forte. Com base nisso, os astrônomos identificaram o cenário mais provável para as consequências da fusão.
“O brilho gradual do sinal de rádio indica que estamos vendo uma saída de grande angular de material, viajando a velocidades comparáveis à velocidade da luz, a partir da fusão das estrelas de nêutrons”, disse Kunal Mooley, agora Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) Jansky Postdoctoral Fellow hospedado pelo Caltech.
As medições observadas estão ajudando os astrônomos a descobrir a sequência de eventos desencadeados pela colisão das estrelas de nêutrons.
A fusão inicial dos dois objetos superdensos causou uma explosão, chamada kilonova, que impulsionou uma concha esférica de detritos para fora. As estrelas de nêutrons colapsaram em um resto, possivelmente um buraco negro, cuja poderosa gravidade começou a puxar material em sua direção. Esse material formou um disco girando rapidamente que gerou um par de jatos estreitos e super-rápidos de material fluindo para fora de seus pólos.
Se um dos jatos fosse apontado diretamente para a Terra, teríamos visto uma explosão de raios gama de curta duração, como muitos vistos antes, disseram os cientistas.
“Isso claramente não era o caso”, disse Mooley.
Algumas das primeiras medições do evento de agosto sugeriram, em vez disso, que um dos jatos pode ter sido apontado ligeiramente para longe da Terra. Este modelo explicaria o fato de que a emissão de rádio e raio-X só foi vista algum tempo após a colisão.
“Esse modelo simples – de um jato sem estrutura (o chamado jato de cartola) visto fora do eixo – faria com que a emissão de rádio e raios X ficasse lentamente mais fraca. Conforme observamos o aumento da emissão de rádio, percebemos que a explicação exigia um modelo diferente “, disse Alessandra Corsi, da Texas Tech University.
Os astrônomos olharam para um modelo publicado em outubro por Mansi Kasliwal do Caltech, e colegas, e posteriormente desenvolvido por Ore Gottlieb, da Universidade de Tel Aviv, e seus colegas. Nesse modelo, o jato não sai da esfera de destroços da explosão. Em vez disso, ele reúne o material circundante conforme se move para fora, produzindo um amplo “casulo” que absorve a energia do jato.
Os astrônomos favoreceram este cenário com base nas informações que coletaram usando os radiotelescópios. Logo após as observações iniciais do local da fusão, a viagem anual da Terra ao redor do Sol colocou o objeto muito perto do Sol no céu para que os telescópios de raios X e de luz visível pudessem observar. Durante semanas, os radiotelescópios foram a única maneira de continuar coletando dados sobre o evento.
“Se as ondas de rádio e os raios-X vêm de um casulo em expansão, percebemos que nossas medições de rádio significavam que, quando o Observatório de raios-X Chandra da NASA pudesse observar mais uma vez, encontraria os raios-X, como as ondas de rádio , tinha aumentado em força “, disse Corsi.
Mooley e seus colegas postaram um papel com suas medições de rádio, seu cenário favorito para o evento e esta previsão online em 30 de novembro. Chandra estava programado para observar o objeto em 2 e 6 de dezembro.
“Em 7 de dezembro, os resultados do Chandra foram divulgados e a emissão de raios-X aumentou exatamente como previmos”, disse Gregg Hallinan, do Caltech.
“O acordo entre os dados de rádio e raios X sugere que os raios X são originados do mesmo fluxo que está produzindo as ondas de rádio”, disse Mooley.
“Foi muito emocionante ver nossa previsão confirmada”, disse Hallinan. Ele acrescentou: “Uma implicação importante do modelo do casulo é que devemos ser capazes de ver muito mais dessas colisões detectando suas ondas eletromagnéticas, não apenas gravitacionais.”
Mooley, Hallinan, Corsi e seus colegas relataram suas descobertas na revista científica Nature.
Publicado em 02/10/2020 01h12
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