Jatos na forma de fluxos de matéria são comumente observados em sistemas astronômicos em velocidades variadas, variando de rápidas a lentas. Os jatos mais rápidos são altamente relativísticos e podem atingir velocidades próximas à velocidade da luz. Apesar de ser um fenômeno amplamente observado, a origem e muitas propriedades desses jatos permanecem um mistério.
Por muito tempo, os especialistas ficaram intrigados com a distribuição bimodal das velocidades dos jatos, algumas incrivelmente rápidas e outras lentas, e uma notável ausência de velocidades intermediárias. No entanto, pesquisadores da Universidade Bar-Ilan revisitaram os dados e parecem ter finalmente resolvido esse enigma desconcertante.
Em muitos sistemas galácticos e extragalácticos diferentes, a emissão de matéria é comumente observada na forma de jatos. A velocidade com que esse espetáculo ocorre varia muito. Ao lado de jatos relativamente lentos associados a estrelas de nêutrons ou sistemas estelares binários, jatos relativísticos muito rápidos são vistos em velocidades muito próximas à velocidade da luz. Os jatos mais rápidos conhecidos estão associados a um fenômeno conhecido como “explosões de raios gama”.
Esse fenômeno é caracterizado por um flash inicial de raios gama, com duração de alguns segundos, no qual é visível uma forte emissão de radiação gama. É então seguido por um “resplendor” que dura muito mais tempo, horas, dias e até meses. Durante esta época, a emissão subseqüentemente desaparece e é observada como comprimentos de onda mais baixos, raios X, ultravioleta, óptico, infravermelho e frequências de rádio em tempos muito tardios.
Além da questão de por que os jatos desses objetos são tão rápidos, há um mistério aparentemente não relacionado ao que acontece durante o período intermediário de centenas a milhares de segundos, no qual a emissão desaparece ou permanece constante. Em alguns casos, após algumas dezenas de segundos, a emissão de raios X decai consideravelmente, como seria de se esperar de uma explosão relativística colidindo com a matéria e a radiação existentes no espaço entre os sistemas estelares de uma galáxia.
No entanto, em cerca de 60% dos casos observados, a emissão visível não desaparece, mas permanece constante. Essa observação tem sido uma fonte de confusão para os pesquisadores, e nenhuma explicação convincente foi encontrada desde que esse fenômeno foi descoberto há aproximadamente 18 anos.
Pesquisadores do Departamento de Física da Universidade Bar-Ilan provaram agora que essa emissão visível e perpétua é uma consequência natural da velocidade do jato, que é significativamente menor do que o comumente assumido e preenche a lacuna entre as velocidades medidas de diferentes fontes. Em outras palavras, uma menor velocidade inicial do jato pode explicar a falta de decaimento e emissão mais visível e perpétua.
Os pesquisadores mostraram que resultados anteriores, dos quais foram deduzidas altas velocidades nesses objetos, não são válidos nesses casos. Ao fazer isso, eles mudaram um paradigma e provaram que os jatos são formados na natureza em todas as velocidades. O estudo foi publicado na revista Nature Communications e escolhido pelo editor da revista como um dos 50 artigos mais importantes publicados recentemente.
Uma das principais questões em aberto no estudo das explosões de raios gama é por que, em uma porcentagem significativa dos casos, os raios X, visíveis por até vários dias, não desaparecem por muito tempo. Para responder a essa pergunta, os pesquisadores iniciaram um mapeamento cuidadoso dos dados, que são numerosos, mas dispersos e “ruidosos”.
Após uma pesquisa completa da literatura, eles criaram uma amostra de dados de alta qualidade. Após um exame das explicações para o fenômeno na literatura existente, eles descobriram que todos os modelos existentes, sem exceção, fazem suposições adicionais que não são suportadas pelos dados. O que é mais significativo é que nenhum dos modelos ofereceu uma explicação convincente para os dados limpos. Portanto, os pesquisadores retornaram ao modelo básico e tentaram entender qual das suposições básicas não é válida.
Eles descobriram que mudar apenas uma suposição, sobre a velocidade inicial dos jatos, era suficiente para explicar os dados. Os pesquisadores continuaram e examinaram os dados que levaram outros astrofísicos a concluir que os jatos devem ser altamente relativísticos (ou seja, viajando muito perto da velocidade da luz = extremamente rápido), e descobriram, para sua surpresa e deleite, que nenhum dos os argumentos existentes eram válidos nos casos que estudaram. A partir daí, eles rapidamente concluíram que provavelmente estavam na direção certa.
O Prof. Asaf Pe’er, que conduziu a parte teórica desta pesquisa, descreve-se como um teórico que gosta de trabalhar com dados.
“Os sistemas astrofísicos em geral são caracterizados por grande complexidade e, muitas vezes, os modelos teóricos, inerentemente mais simplistas, podem perder pontos-chave”, explica ele. “Em muitos casos, um exame cuidadoso dos dados, como fizemos aqui, mostra que as ideias existentes simplesmente não funcionam. Foi isso que nos levou a ter novas ideias. Às vezes, a ideia mais simples e menos complexa é suficiente.”
Os parceiros do Prof. Pe’er nesta pesquisa são o primeiro autor do estudo, Dr. Hüsne Déréli-Begue, do grupo de pesquisa Bar-Ilan, e Prof. Felix Ryde, do KTH Royal Institute of Technology em Estocolmo. Enquanto Pe’er se concentrou na teoria, seus colaboradores se concentraram na análise dos dados que estimularam e apoiaram a teoria que ele propôs.
“Demoramos um pouco para desenvolver o entendimento e, quando percebi que um parâmetro no total precisava ser alterado, tudo funcionou como um quebra-cabeça”, diz o Prof. Pe’er. “Tanto que, a partir de algum momento, toda vez que abordávamos um novo problema em potencial, ficava claro para mim que os dados estariam a nosso favor e, de fato, estavam”.
A pesquisa astrofísica, por sua própria natureza, é pesquisa básica. Se, de fato, os pesquisadores estiverem corretos, os resultados têm implicações de longo alcance que podem levar a uma mudança de paradigma no campo, bem como na compreensão dos processos físicos que produzem jatos. É importante notar que as origens do fenômeno ainda não são totalmente conhecidas, mas está claramente relacionado ao colapso de uma estrela (ou par de estrelas) em um buraco negro. Os resultados da pesquisa são muito importantes para entender esses mecanismos, bem como o tipo de estrelas que terminam suas vidas de forma a produzir forte radiação gama.
“A pesquisa científica é fascinante. Novas ideias nascem e são constantemente testadas. Como os dados geralmente são inconclusivos, as pessoas geralmente publicam suas ideias e seguem em frente”, diz o Prof. Pe’er. “Aqui estava um caso único, em que, depois de examinar muitas ideias, de repente percebi que a explicação poderia ser muito simples. Depois que propus a explicação, nós a verificamos repetidas vezes em relação aos dados existentes, e ela passou em teste após teste. Então, às vezes, a explicação mais simples também é a mais bem-sucedida.”
Publicado em 07/03/2023 08h49
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