Um estranho brilho de raios-X visto no céu três anos e meio após uma colisão épica entre duas estrelas de nêutrons é a primeira vez para a ciência.
De acordo com os astrônomos que estudam a região do espaço, pode ser o brilho posterior da explosão da kilonova que foi gerada pela fusão, provavelmente produzida por uma onda de choque da explosão batendo na poeira na região do espaço ao redor da explosão.
Alternativamente, o brilho pode ser produzido pelo material ejetado durante a explosão caindo de volta no objeto recém-fundido, provavelmente um buraco negro de baixa massa.
De qualquer forma, o fenômeno parece nunca ter sido detectado antes.
“Entramos em território desconhecido aqui ao estudar as consequências de uma fusão de estrelas de nêutrons”, diz a astrônoma Aprajita Hajela, da Northwestern University.
“Estamos olhando para algo novo e extraordinário pela primeira vez. Isso nos dá a oportunidade de estudar e entender novos processos físicos, que não foram observados antes.”
A explosão em si, detectada pela primeira vez em 17 de agosto de 2017, foi um evento absolutamente épico. Pela primeira vez, os astrônomos detectaram o momento em que duas estrelas de nêutrons, presas em uma órbita cada vez mais decadente, se chocaram e se fundiram.
Não apenas o evento, chamado GW170817, foi capturado usando o novo campo da astronomia de ondas gravitacionais, mas também em luz em todo o espectro.
A fusão produziu uma explosão de kilonova, uma explosão 1.000 vezes mais brilhante que uma nova clássica. A análise da luz desta explosão revelou que colisões de estrelas de nêutrons produzem explosões de raios gama; que jatos próximos da velocidade da luz são ejetados da explosão; e que, no ambiente energético durante a explosão, são formados metais pesados como ouro, platina e urânio.
Por se tratar de uma observação inteiramente nova, os astrônomos continuaram a observar a região do céu onde ocorreu, a cerca de 132 milhões de anos-luz do Sistema Solar.
Em comprimentos de onda de raios-X, eles notaram algo realmente peculiar. Nove dias após a explosão de raios gama, a fonte começou a brilhar em todo o espectro, atingindo um pico de 160 dias após a fusão. Então, o brilho desapareceu rapidamente. Isso foi interpretado como um jato relativista.
No entanto, enquanto o brilho desapareceu na maior parte do espectro, a partir de 2020 ele estabilizou em comprimentos de onda de raios-X, uma luz constante persistindo na escuridão do espaço.
“O fato de os raios X terem parado de desaparecer rapidamente foi nossa melhor evidência de que algo além de um jato está sendo detectado em raios X nesta fonte”, diz a astrofísica Raffaella Margutti, da Universidade da Califórnia em Berkeley.
“Uma fonte completamente diferente de raios-X parece ser necessária para explicar o que estamos vendo.”
De acordo com a análise da equipe, o melhor ajuste para o brilho é um choque relativístico à medida que o material ejetado da colisão explode no espaço. Isso, dizem eles, é semelhante a um estrondo sônico, aqui na Terra: à medida que esse material se expande no espaço ao redor da fusão, ele se choca com o gás, gerando choques que aquecem o gás e causam o brilho dos raios X.
Se este for o caso, sugere que a formação de um buraco negro a partir das duas estrelas de nêutrons não foi um processo imediato.
A outra explicação é que, quando o buraco negro se formou, o material ao seu redor começou a cair de volta nele, depois de se reunir em um disco de acreção rodopiante. Este disco em órbita, aquecido pela gravidade e fricção, também emitiria radiação X.
Qualquer um dos cenários – uma onda de choque de kilonova ou material caindo em um buraco negro recém-formado em uma fusão de estrelas de nêutrons – seria o primeiro.
Os astrônomos vão continuar a observá-lo para ver como o comportamento muda. Se aumentar as emissões de rádio nos próximos anos, é provável que seja uma onda de choque. Se continuar de forma constante e depois diminuir em brilho, é provável que seja um acréscimo de buraco negro. Seja o que for, nos dirá algo novo sobre fusões de estrelas de nêutrons.
“Um estudo mais aprofundado de GW170817 pode ter implicações de longo alcance”, diz a astrônoma Kate Alexander, da Northwestern University.
“A detecção de um brilho residual de kilonova implicaria que a fusão não produziu imediatamente um buraco negro. Alternativamente, este objeto pode oferecer aos astrônomos a chance de estudar como a matéria cai em um buraco negro alguns anos após seu nascimento.”
A pesquisa deve ser publicada na última edição do The Astrophysical Journal Letters e está disponível no servidor de pré-impressão arXiv.
Publicado em 02/03/2022 07h56
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