Uma recente explosão de raios gama conhecida como BOAT – “a mais brilhante de todos os tempos” – parece ter produzido uma partícula de alta energia que não deveria existir. Para alguns, a matéria escura fornece a explicação.
No domingo, 9 de outubro, Judith Racusin estava a 35.000 pés no ar, a caminho de uma conferência de astrofísica de alta energia, quando ocorreu a maior explosão cósmica da história. “Aterrissei, olhei para o meu telefone e recebi dezenas de mensagens”, disse Racusin, astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Maryland. “Foi realmente excepcional.”
A explosão foi uma longa explosão de raios gama, um evento cósmico em que uma estrela massiva moribunda libera poderosos jatos de energia à medida que colapsa em um buraco negro ou estrela de nêutrons. Essa explosão em particular foi tão brilhante que supersaturava o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, um telescópio em órbita da NASA projetado em parte para observar esses eventos. “Havia tantos fótons por segundo que eles não conseguiam acompanhar”, disse Andrew Levan, astrofísico da Universidade Radboud, na Holanda. A explosão parece ter feito a ionosfera da Terra, a camada superior da atmosfera da Terra, aumentar de tamanho por várias horas. “O fato de você poder mudar a ionosfera da Terra de um objeto no meio do universo é incrível”, disse Doug Welch, astrônomo da Universidade McMaster, no Canadá.
Os astrônomos descaradamente o chamaram de BOAT – “o mais brilhante de todos os tempos” – e começaram a espremê-lo para obter informações sobre explosões de raios gama e o cosmos em geral. “Mesmo daqui a 10 anos, haverá uma nova compreensão desse conjunto de dados”, disse Eric Burns, astrofísico da Louisiana State University. “Ainda não me ocorreu que isso realmente aconteceu.”
A análise inicial sugere que existem duas razões pelas quais o BOAT era tão brilhante. Primeiro, ocorreu a cerca de 2,4 bilhões de anos-luz da Terra – bastante próximo para explosões de raios gama (embora bem fora de nossa galáxia). Também é provável que o poderoso jato do BOAT estivesse apontado para nós. Os dois fatores combinados fazem deste o tipo de evento que ocorre apenas uma vez a cada poucas centenas de anos.
Talvez a observação mais importante tenha acontecido na China. Lá, na província de Sichuan, o Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) rastreia partículas de alta energia do espaço. Na história da astronomia de explosão de raios gama, os pesquisadores viram apenas algumas centenas de fótons de alta energia vindos desses objetos. Mas o LHAASO viu 5.000 deste único evento. “A explosão de raios gama basicamente explodiu no céu diretamente acima deles”, disse Sylvia Zhu, astrofísica do Síncrotron de Elétrons Alemão (DESY) em Hamburgo.
Entre essas detecções estava um suspeito fóton de alta energia em 18 teraelectron volts (TeV) – quatro vezes mais alto do que qualquer coisa vista de uma explosão de raios gama antes e mais enérgico do que as energias mais altas alcançáveis pelo Large Hadron Collider. Tal fóton de alta energia deveria ter se perdido no caminho para a Terra, absorvido por interações com a luz de fundo do universo.
Então como chegou aqui? Uma possibilidade é que, após a explosão de raios gama, um fóton de alta energia tenha sido convertido em uma partícula semelhante a um áxion. Axions são partículas leves hipotéticas que podem explicar a matéria escura; Partículas semelhantes a áxions são consideradas um pouco mais pesadas. Fótons de alta energia podem ser convertidos em tais partículas por fortes campos magnéticos, como os que cercam uma estrela em implosão. A partícula semelhante a um áxion viajaria então pela vastidão do espaço sem impedimentos. À medida que chegasse à nossa galáxia, os campos magnéticos o converteriam novamente em um fóton, que então seguiria para a Terra.
Na semana seguinte à detecção inicial, várias equipes de astrofísicos sugeriram esse mecanismo em artigos enviados para o site de pré-impressão científica arxiv.org. “Seria uma descoberta muito incrível”, disse Giorgio Galanti, astrofísico do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) na Itália, coautor de um dos primeiros desses artigos.
No entanto, outros pesquisadores se perguntam se a detecção do LHAASO pode ser um caso de identidade equivocada. Talvez o fóton de alta energia tenha vindo de outro lugar, e sua hora de chegada exata foi simplesmente uma coincidência. “Estou muito cética”, disse Milena Crnogorcevic, astrofísica da Universidade de Maryland. “Atualmente, estou inclinado a ser um evento de fundo.” (Para complicar ainda mais as coisas, um observatório russo relatou um impacto de um fóton de 251 TeV de energia ainda mais alta vindo da explosão. Mas “o júri ainda está fora” sobre isso, disse Racusin, vice-cientista do projeto no telescópio Fermi. sou um pouco cético.”)
Até agora, a equipe do LHAASO não divulgou resultados detalhados de suas observações. Burns, que está coordenando uma colaboração global para estudar o BOAT, espera que sim. “Estou muito curioso para ver o que eles têm”, disse ele. Mas ele entende por que um certo grau de cautela pode ser justificado. “Se eu estivesse sentado em dados que tivessem uma pequena chance de definir a prova da matéria escura, eu seria extraordinariamente cauteloso no momento”, disse Burns. Se o fóton puder ser ligado ao BOAT, “muito provavelmente seria evidência de nova física e potencialmente matéria escura”, disse Crnogorcevic. A equipe do LHAASO não respondeu a um pedido de comentário.
Mesmo sem os dados do LHAASO, a enorme quantidade de luz vista do evento poderia permitir que os cientistas respondessem a algumas das maiores perguntas sobre explosões de raios gama, incluindo grandes quebra-cabeças sobre o próprio jato. “Como o jato é lançado? O que está acontecendo no jato enquanto se propaga para o espaço?” disse Tyler Parsotan, um astrofísico de Goddard. “Essas são realmente grandes questões.”
Outros astrofísicos esperam usar o BOAT para determinar por que apenas algumas estrelas produzem explosões de raios gama quando se transformam em supernovas. “Esse é um dos grandes mistérios”, disse Yvette Cendes, astrônoma do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. “Tem que ser uma estrela muito massiva. Uma galáxia como a nossa talvez a cada milhão de anos produza uma explosão de raios gama. Por que uma população tão rara faz explosões de raios gama?”
Se as explosões de raios gama resultam em um buraco negro ou uma estrela de nêutrons no núcleo da estrela colapsada também é uma questão em aberto. Uma análise preliminar do BOAT sugere que o primeiro aconteceu neste caso. “Há tanta energia no jato que basicamente tem que ser um buraco negro”, disse Burns.
O que é certo é que este é um incidente cósmico que não será eclipsado por muitas, muitas vidas. “Todos estaremos mortos há muito tempo antes de termos a chance de fazer isso de novo”, disse Burns.
Publicado em 28/10/2022 08h24
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