As observações do telescópio de raios-X NuSTAR da NASA fornecem aos astrônomos novas pistas sobre a explosão de raios gama mais brilhante e energética já detectada.
Quando os cientistas detectaram a explosão de raios gama conhecida como GRB 221009A em 9 de outubro de 2022, eles a apelidaram de a mais brilhante de todos os tempos, ou BOAT. A maioria das explosões de raios gama ocorre quando o núcleo de uma estrela mais massiva que o nosso Sol entra em colapso, tornando-se um buraco negro. Esses eventos liberam regularmente tanta energia em alguns minutos quanto o nosso Sol liberará em toda a sua vida. Estudos de acompanhamento mostraram que o GRB 221009A era 70 vezes mais brilhante e muito mais energético do que o recordista anterior. Embora os cientistas ainda não entendam o porquê, eles receberam uma pista tentadora do observatório NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA.
Em um estudo publicado em 7 de junho na revista Science Advances, os cientistas usaram as observações do NuSTAR do evento para mostrar como a estrela em colapso ejetou um jato de material que tinha uma forma não observada anteriormente entre os jatos de explosão de raios gama, bem como outros jatos únicos em características. É possível que a fonte dessas distinções seja a estrela progenitora, cujas propriedades físicas podem influenciar as características da explosão. Também é possível que um mecanismo totalmente diferente lance os jatos mais brilhantes para o espaço.
“Este evento foi muito mais brilhante e energético do que qualquer explosão de raios gama que vimos antes, não chega nem perto”, disse Brendan O’Connor, principal autor do novo estudo e astrônomo da George Washington University, em Washington. “Então, quando analisamos os dados do NuSTAR, percebemos que ele também possui essa estrutura única de jato. E isso foi realmente emocionante, porque não temos como estudar a estrela que produziu esse evento; acabou agora. Mas agora temos alguns dados que nos dão pistas sobre como explodiu.”
Jato Jumbo
Os raios gama são a forma de luz mais energética do universo ainda invisível ao olho humano. Todas as explosões de raios gama conhecidas se originaram em galáxias fora da nossa Via Láctea, mas são brilhantes o suficiente para serem detectadas a bilhões de anos-luz de distância. Algumas piscam e duram menos de dois segundos, enquanto as chamadas explosões de raios gama longos normalmente irradiam raios gama por um minuto ou mais. Esses objetos podem irradiar outros comprimentos de onda por semanas.
A GRB 221009A, uma longa explosão de raios gama, foi tão brilhante que efetivamente cegou a maioria dos instrumentos de raios gama no espaço. Cientistas americanos conseguiram reconstruir esse evento com dados do Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA para determinar seu brilho real. (O BOAT também foi detectado pelos telescópios espaciais Hubble e James Webb da NASA, pelas espaçonaves Wind e Voyager 1 da agência, bem como pela ESA, ou Agência Espacial Européia, Solar Orbiter.)
Semelhante a outras explosões de raios gama, a GRB 221009A teve um jato que irrompeu da estrela em colapso como se tivesse sido lançado no espaço por uma mangueira de incêndio, com raios gama irradiando do gás quente e das partículas no núcleo do jato. Mas o jato da GRB 221009A se destacou em alguns aspectos. Em quase todas as explosões de raios gama observadas anteriormente, o jato permaneceu notavelmente compacto e havia pouca ou nenhuma luz dispersa ou material fora do feixe estreito. (Na verdade, as explosões de raios gama são tão compactas que os raios gama só podem ser observados quando seus jatos são apontados quase diretamente para a Terra.)
Em contraste, no GRB 221009A, o jato tinha um núcleo estreito com lados mais largos e inclinados. Alguns dos jatos de raios gama mais energéticos mostraram propriedades semelhantes, mas o jato do BOAT foi único de uma maneira importante: a energia do material na GRB 221009A também variou, o que significa que, em vez de todo o material no jato ter a mesma energia – como uma única bala disparada de uma arma – a energia do material mudou com a distância do núcleo do jato. Isso nunca foi observado em um jato longo de explosão de raios gama antes.
“A única maneira de produzir uma estrutura de jato diferente e variar a energia é variar alguma propriedade da estrela que explodiu, como tamanho, massa, densidade ou campo magnético”, disse Eleonora Troja, professora de física da Universidade de Rome, que liderou o NuSTAR nas observações do evento. “Isso ocorre porque o jato basicamente precisa forçar sua saída da estrela. Assim, por exemplo, a quantidade de resistência que encontra poderia influenciar potencialmente as características do jato.”
Pegadas na neve
Os astrônomos podem ver a luz dos jatos de raios gama, mas a distância significa que eles não podem resolver as imagens dos jatos diretamente. Os pesquisadores precisam interpretar a luz desses eventos para aprender sobre as características físicas de objetos distantes. É como olhar para pegadas na neve e inferir algo sobre as características físicas da pessoa que as deixou.
Em muitos casos, pode haver mais de uma explicação possível para a luz de um evento cósmico. Mais de um telescópio de raios-X observou GRB 221009A, incluindo o Neil Gehrels Swift Observatory da NASA e o Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), bem como o telescópio XMM-Newton da ESA. Os dados do NuSTAR ajudaram a reduzir essas possibilidades. Isso mostra que, ao viajar pelo espaço, o jato colidiu com o meio interestelar, ou o mar esparso de átomos e partículas que preenche o espaço entre as estrelas. Essa colisão criou raios-X – partículas de luz ligeiramente menos energéticas que os raios gama.
“Existem vários telescópios de raios X operando no espaço, cada um com diferentes pontos fortes que podem ajudar os astrônomos a entender melhor esses objetos cósmicos”, disse Daniel Stern, cientista do projeto NuSTAR no Jet Propulsion Laboratory da NASA no sul da Califórnia.
Publicado em 12/06/2023 02h01
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