Após uma explosão acender seu telescópio “como uma árvore de Natal”, os astrônomos foram capazes de finalmente rastrear a fonte dessas esquisitices cósmicas.
Na manhã de 28 de abril, um radiotelescópio recém-construído estava monitorando o céu calmo sobre a Colúmbia Britânica quando captou o flash que mudaria tudo. Um dos deveres do telescópio era procurar rajadas rápidas de rádio – bips de milissegundos que, até então, sempre vinham de galáxias distantes. Ninguém sabia ao certo o que poderia criar explosões tão curtas de ondas de rádio, tornando as explosões rápidas de rádio um dos quebra-cabeças mais intrigantes da astrofísica.
O experimento canadense de mapeamento de intensidade de hidrogênio, ou CHIME, já havia visto centenas de rajadas rápidas de rádio desde que foi lançado em julho de 2018. Uma explosão comum pode ser vista por duas a cinco das antenas do instrumento. Essa explosão provocou 93. “Isso iluminou nosso telescópio como uma árvore de Natal”, disse Paul Scholz, astrônomo da Universidade de Toronto e membro da equipe CHIME.
Scholz e seus colegas rapidamente perceberam que o estouro devia estar próximo, e não apenas porque o flash estava muito claro. O clarão parecia originar-se de uma parte do céu onde um objeto da Via Láctea havia disparado raios-X. A coincidência foi forte e, se confirmada, permitiria aos astrônomos descobrir o que causa rajadas rápidas de rádio.
Houve um problema, no entanto. A explosão estava longe da parte do céu que CHIME estava monitorando diretamente na época. Por isso, a equipe não conseguiu uma leitura precisa do brilho absoluto. Sem essas informações, eles não puderam dizer imediatamente se a explosão foi poderosa o suficiente para se qualificar como uma verdadeira explosão rápida de rádio. Claro, era breve e brilhante – mas seu brilho era de se esperar, pois estava muito próximo. Poderia ser apenas um arroto comum de baixa energia, sem pistas sobre as principais erupções.
Scholz imediatamente enviou uma mensagem ao Telegram do astrônomo para alertar outros telescópios ao redor do mundo. Astrônomos do Instituto de Tecnologia da Califórnia viram o alerta e realizaram uma rápida verificação de seus próprios dados. Ao contrário do CHIME, que observa pequenos pedaços do céu a qualquer momento, o telescópio Levantamento de Emissões de Rádio Astronômicas Transientes 2 (STARE2) da Caltech observa o céu inteiro de uma só vez, o que permitiu à equipe da Caltech confirmar rapidamente que a explosão era extremamente poderosa. Por uma breve fração de segundo, as ondas de rádio emitidas pela fonte foram tão brilhantes quanto as do sol. Isso permitiu que os pesquisadores fizessem um rápido cálculo de volta ao envelope e afirmassem que a explosão era comparável às explosões rápidas de rádio extragalácticas.
Os astrônomos então se voltaram para a fonte anteriormente conhecida: uma cinza ultra-densa, que gira rapidamente e altamente magnetizada, de um núcleo estelar chamado magnetar. Com uma única descoberta de sorte, o mistério de onde surgem as explosões rápidas do rádio parecia ter sido resolvido. “Não é tão frequente que você tenha uma pista tão impressionante que pareça resolver de repente uma grande parte do quebra-cabeça”, disse Jason Hessels, do Instituto Holandês de Radioastronomia e da Universidade de Amsterdã. “Normalmente, estamos meio que discutindo o problema, em vez de dar um salto tão gigante para a frente”.
Com o culpado em mãos, os astrônomos agora podem se concentrar em identificar a física minuciosa em jogo. Durante o mês passado, uma enxurrada de jornais apareceu quando os teóricos especularam como os magnetares poderiam lançar flashes tão brilhantes de ondas de rádio. É provável que o magnetar inicie o processo explodindo partículas carregadas em um poderoso clarão. Mas os astrofísicos estão debatendo exatamente como essa explosão produz a explosão de ondas de rádio. É como identificar um mágico, disse Hessels, e depois tentar decifrar os segredos por trás do truque.
Como uma explosão explode
Os astrônomos acumularam cerca de 50 teorias separadas para explicar as explosões rápidas do rádio – uma contagem que até recentemente superava os eventos. As idéias incluem uma variedade de cenários selvagens que envolvem a evaporação de buracos negros, cordas cósmicas e até os sistemas de propulsão de civilizações alienígenas.
Mas à medida que o número de detecções aumentou, os cientistas começaram a favorecer uma explicação acima do resto: magnetares. “Havia apenas algumas de suas propriedades que realmente gritavam que eram provenientes de algum tipo de estrela de nêutrons magnetizados”, disse Brian Metzger, astrofísico da Universidade de Columbia. Por exemplo, as ondas rápidas de uma explosão de rádio são altamente polarizadas, o que sugere que elas provêm de um intenso campo magnético. Sua curta duração implica que eles provêm de um objeto astrofísico relativamente pequeno. E eles devem ser alimentados por um reservatório substancial de energia.
Os céticos, no entanto, argumentaram que, se os magnetares fossem a fonte, deveríamos ver rajadas de rádio rápidas dentro de nossa própria galáxia. Com essa explosão, nós temos. “De certa forma, é um grande alívio”, disse Metzger, que trabalhou em modelos magnetares. “Isso significa que não joguei fora muitos anos de trabalho.”
A tarefa agora é identificar exatamente como um magnetar cria a breve explosão de ondas de rádio. Muitas idéias começam com um magnetar que explode uma labareda de energia, geralmente na forma de pares de elétrons e pósitrons. Essas explosões podem então produzir ondas de rádio através de um de dois mecanismos amplos – um que ocorre dentro da magnetosfera (o intenso campo magnético que circunda o magnetar) e outro que ocorre muito além. No primeiro cenário, o surto de energia permanece ancorado na crosta da estrela através de linhas de campo magnético. À medida que a crosta se agita continuamente, esses campos magnéticos se torcem e giram até que se tornem um estado mais simples, liberando imediatamente um flash de ondas de rádio semelhante a laser.
No segundo cenário, publicado por Metzger e seus colegas no ano passado, o surto de energia escapa da magnetosfera e percorre uma grande distância – até 1 milhão de vezes o raio do magnetar. Aqui ele explode os detritos mais antigos ao redor do magnetar e gera uma onda de choque. Esse choque se move para fora, comprimindo o plasma magnetizado à frente e construindo um campo magnético por trás dele. Então, quando os elétrons são varridos pela frente de choque, eles começam a girar em torno do campo magnético – uma dança que emite outro flash de ondas de rádio semelhante a laser. Este modelo faz uma previsão crucial. O mesmo choque que gera a emissão de rádio também deve aquecer os elétrons, fazendo com que eles emitam raios-X. De fato, a explosão deve liberar 100.000 vezes mais energia em raios-X do que em ondas de rádio.
Mas quando as únicas explosões rápidas de rádio vieram de galáxias distantes, é impossível verificar essa previsão. A simples razão? Os telescópios de raios X não são tão sensíveis quanto os radiotelescópios. Mesmo toda essa energia de raios-X ainda seria invisível para nós.
Não é assim quando a explosão está em nosso quintal cósmico. Uma análise completa por raios-X dessa nova explosão descobriu que ela liberava uma quantidade colossal de radiação de raios-X – correspondendo perfeitamente à previsão de Metzger. “Estou surpreso com o quão bem o modelo funciona”, disse Metzger. “Ele dá um pequeno chute e diz: ‘Talvez isso valha a pena.'”
A atração Magnetar
Embora um único evento não possa provar que todas as explosões rápidas de rádio provêm de magnetares, Vikram Ravi, astrônomo da Caltech, não vê razão para invocar outros objetos para explicar a variedade de possíveis comportamentos de explosão. E, dada a quantidade de evidências que apontavam para os magnetares mesmo antes dessa descoberta, Metzger observa que é plausível supor que diferentes tipos de magnetares possam explicar os muitos tipos de rajadas rápidas de rádio que vemos. Por exemplo, rajadas rápidas de rádio que se repetem podem vir de magnetares jovens e ativos cujos campos magnéticos são muito mais fortes do que os da nossa galáxia.
O link significa que podemos usar rajadas rápidas de rádio para identificar magnetares no universo distante, permitindo que os cientistas construam um censo desses objetos extremos e expliquem melhor suas origens. Em nossa galáxia, suspeitamos que os magnetares se formem em brilhantes explosões de supernovas. Mas se começarmos a vê-los em galáxias sem estrelas massivas, isso pode apontar para maneiras mais exóticas de criar um magnetar, como a colisão de duas estrelas de nêutrons.
Mas primeiro, os cientistas ficarão de olho nos magnetares próximos, na esperança de ver outra explosão chocante. Embora a conexão magnetar não tenha sido uma surpresa total, eles gostariam de vê-la confirmada por muitos outros exemplos. “Ainda é um choque no sentido de ‘oh meu Deus, é realmente verdade'”, disse Hessels. “Há uma enorme diferença entre algumas equações em um pedaço de papel e, em seguida, ser confrontado com o fato de ser realmente real, que acabamos de provar.”
Publicado em 13/06/2020 18h47
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