Em junho de 2018, telescópios ao redor do mundo captaram um flash azul brilhante do braço espiral de uma galáxia a 200 milhões de anos-luz de distância. A explosão poderosa pareceu a princípio uma supernova, embora fosse muito mais rápida e brilhante do que qualquer explosão estelar que os cientistas já tinham visto. O sinal, processualmente rotulado como AT2018cow, foi apelidado simplesmente de “a vaca”, e os astrônomos o catalogaram como um transiente ótico azul rápido, ou FBOT – um evento brilhante e de curta duração de origem desconhecida.
Agora, uma equipe liderada pelo MIT encontrou fortes evidências da fonte do sinal. Além de um flash óptico brilhante, os cientistas detectaram uma pulsação semelhante a um estroboscópio de raios-X de alta energia. Eles rastrearam centenas de milhões de pulsos de raios-X até a vaca e descobriram que os pulsos ocorriam como um relógio, a cada 4,4 milissegundos, em um período de 60 dias.
Com base na frequência dos pulsos, a equipe calculou que os raios X devem ter vindo de um objeto medindo não mais que 1.000 quilômetros de largura, com uma massa menor que 800 sóis. Pelos padrões astrofísicos, tal objeto seria considerado compacto, como um pequeno buraco negro ou uma estrela de nêutrons.
Suas descobertas, publicadas hoje na revista Nature Astronomy, sugerem fortemente que a vaca AT2018 foi provavelmente o produto de uma estrela moribunda que, em colapso, deu origem a um objeto compacto na forma de um buraco negro ou estrela de nêutrons. O objeto recém-nascido continuou a devorar o material circundante, comendo a estrela por dentro – um processo que liberou uma enorme explosão de energia.
“Provavelmente descobrimos o nascimento de um objeto compacto em uma supernova”, disse o autor principal Dheeraj “DJ” Pasham, um cientista pesquisador do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. “Isso acontece em supernovas normais, mas não vimos antes porque é um processo muito confuso. Achamos que esta nova evidência abre possibilidades para encontrar buracos negros bebês ou estrelas de nêutrons bebês.”
“O núcleo da vaca”
AT2018cow é um dos muitos “transientes astronômicos” descobertos em 2018. A “vaca” em seu nome é uma coincidência aleatória do processo de nomenclatura astronômica (por exemplo, “aaa” refere-se ao primeiro transiente astronômico descoberto em 2018). O sinal está entre algumas dezenas de FBOTs conhecidos e é um dos poucos sinais que foram observados em tempo real. Seu poderoso flash – até 100 vezes mais brilhante do que uma supernova típica – foi detectado por uma pesquisa no Havaí, que imediatamente enviou alertas para observatórios em todo o mundo.
“Foi emocionante porque muitos dados começaram a se acumular”, diz Pasham. “A quantidade de energia era muito maior do que a típica supernova de colapso do núcleo. E a questão era: o que poderia produzir essa fonte adicional de energia?”
Os astrônomos propuseram vários cenários para explicar o sinal superclaro. Por exemplo, pode ter sido o produto de um buraco negro nascido em uma supernova. Ou pode ter resultado de um buraco negro de peso médio removendo material de uma estrela que passava. No entanto, os dados coletados pelos telescópios ópticos não resolveram a fonte do sinal de forma definitiva. Pasham se perguntou se uma resposta poderia ser encontrada nos dados de raios-X.
“Este sinal estava próximo e também brilhante em raios-X, que é o que chamou minha atenção”, disse Pasham. “Para mim, a primeira coisa que me vem à mente é que algum fenômeno realmente energético está acontecendo para gerar raios X. Então, eu queria testar a ideia de que existe um buraco negro ou objeto compacto no centro da vaca . ”
Encontrando um pulso
A equipe analisou os dados de raios-X coletados pelo Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) da NASA, um telescópio de monitoramento de raios-X a bordo da Estação Espacial Internacional. O NICER começou a observar a vaca cerca de cinco dias após sua detecção inicial por telescópios ópticos, monitorando o sinal ao longo dos 60 dias seguintes. Esses dados foram registrados em um arquivo disponível publicamente, que Pasham e seus colegas baixaram e analisaram.
A equipe analisou os dados para identificar sinais de raios-X que emanavam perto da vaca AT2018 e confirmou que as emissões não eram de outras fontes, como ruído de instrumento ou fenômenos cósmicos de fundo. Eles se concentraram nos raios-X e descobriram que a vaca parecia estar emitindo rajadas a uma frequência de 225 hertz, ou uma vez a cada 4,4 milissegundos.
Pasham aproveitou esse pulso, reconhecendo que sua frequência poderia ser usada para calcular diretamente o tamanho de tudo o que estava pulsando. Neste caso, o tamanho do objeto pulsante não pode ser maior do que a distância que a velocidade da luz pode cobrir em 4,4 milissegundos. Por esse raciocínio, ele calculou que o tamanho do objeto não deve ser maior que 1,3 x 108 centímetros, ou cerca de 1.000 quilômetros de largura.
“A única coisa que pode ser tão pequena é um objeto compacto – uma estrela de nêutrons ou um buraco negro”, diz Pasham.
A equipe calculou ainda que, com base na energia emitida pela vaca AT2018, ela deve atingir no máximo 800 massas solares.
“Isso exclui a ideia de que o sinal vem de um buraco negro intermediário”, diz Pasham.
Além de localizar a fonte desse sinal em particular, Pasham diz que o estudo demonstra que as análises de raios-X de FBOTs e outros fenômenos ultrabright podem ser uma nova ferramenta para estudar buracos negros infantis.
“Sempre que há um novo fenômeno, há entusiasmo por ele poder contar algo novo sobre o universo”, diz Pasham. “Para FBOTs, mostramos que podemos estudar suas pulsações em detalhes, de uma forma que não é possível na óptica. Portanto, esta é uma nova maneira de entender esses objetos compactos recém-nascidos.”
Publicado em 15/12/2021 10h17
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