Um flash estelar recente pode ter sinalizado o nascimento de um cadáver estelar giratório altamente magnético
Uma explosão cósmica surpreendentemente brilhante pode ter marcado o nascimento de um magnetar. Nesse caso, seria a primeira vez que astrônomos testemunhariam a formação desse tipo de cadáver estelar extremamente magnetizado e girando rapidamente.
Esse deslumbrante flash de luz foi formado quando duas estrelas de nêutrons colidiram e se fundiram em um objeto massivo, relatam os astrônomos em uma próxima edição do Astrophysical Journal. Embora a luz especialmente brilhante possa significar que um magnetar foi produzido, outras explicações são possíveis, dizem os pesquisadores.
O astrofísico Wen-fai Fong da Northwestern University em Evanston, Illinois, e seus colegas avistaram pela primeira vez o local do desaparecimento da estrela de nêutrons como uma explosão de luz de raios gama detectada com o Observatório Neil Gehrels Swift orbitando da NASA em 22 de maio. Observações subsequentes em Raios-X, comprimentos de onda de luz visível e infravermelho mostraram que os raios gama eram acompanhados por um brilho característico chamado kilonova.
Pensa-se que os kilonovas se formem após duas estrelas de nêutrons, os núcleos ultradensos de estrelas mortas, colidirem e se fundirem. A fusão pulveriza material rico em nêutrons “não visto em nenhum outro lugar do universo” ao redor do local da colisão, diz Fong. Esse material produz rapidamente elementos pesados instáveis, e esses elementos logo decaem, aquecendo a nuvem de nêutrons e fazendo-a brilhar em luz óptica e infravermelha.
Os astrônomos acham que os quilonovas se formam toda vez que um par de estrelas de nêutrons se fundem. Mas as fusões também produzem outra luz mais brilhante, que pode sufocar o sinal da kilonova. Como resultado, os astrônomos viram apenas uma quilonova definitiva antes, em agosto de 2017, embora haja outros candidatos potenciais.
O brilho que a equipe de Fong viu, no entanto, deixou a kilonova de 2017 envergonhada. “É potencialmente a kilonova mais luminosa que já vimos”, diz ela. “Basicamente, isso quebra nossa compreensão das luminosidades e do brilho que as quilonovas supostamente têm.”
A maior diferença no brilho estava na luz infravermelha, medida pelo Telescópio Espacial Hubble cerca de 3 e 16 dias após a explosão de raios gama. Essa luz era 10 vezes mais brilhante do que a luz infravermelha vista em fusões anteriores de estrelas de nêutrons.
“Esse foi o momento real de abrir os olhos, e foi quando nos esforçamos para encontrar uma explicação”, diz Fong. “Tivemos que criar uma fonte extra [de energia] que estava aumentando aquela kilonova.”
Sua explicação favorita é que a queda produziu um magnetar, que é um tipo de estrela de nêutrons. Normalmente, quando as estrelas de nêutrons se fundem, a estrela de mega-nêutrons que elas produzem é muito pesada para sobreviver. Quase imediatamente, a estrela sucumbe a intensas forças gravitacionais e produz um buraco negro.
Mas se a estrela de nêutrons supermassiva estiver girando rapidamente e for altamente carregada magneticamente (em outras palavras, é um magnetar), ela poderia se salvar do colapso. Tanto o suporte de sua própria rotação quanto o despejo de energia, e portanto alguma massa, na nuvem rica em nêutrons ao redor podem impedir que a estrela se transforme em um buraco negro, sugerem os pesquisadores. Essa energia extra, por sua vez, faria a nuvem emitir mais luz – o brilho infravermelho extra que o Hubble detectou.
Mas existem outras explicações possíveis para a luz extra brilhante, diz Fong. Se as estrelas de nêutrons em colisão produzissem um buraco negro, esse buraco negro poderia ter lançado um jato de plasma carregado movendo-se quase na velocidade da luz. Os detalhes de como o jato interage com o material rico em nêutrons ao redor do local da colisão também podem explicar o brilho extra de kilonova, diz ela.
Se um magnetar fosse produzido, “isso poderia nos dizer algo sobre a estabilidade das estrelas de nêutrons e quão massivas elas podem ter”, diz Fong. “Não sabemos a massa máxima das estrelas de nêutrons, mas sabemos que na maioria dos casos elas entrariam em colapso em um buraco negro [após uma fusão]. Se uma estrela de nêutrons sobreviveu, isso nos diz sob quais condições uma estrela de nêutrons pode existir.”
Encontrar um bebê magnetar seria emocionante, diz o astrofísico Om Sharan Salafia, do Instituto Nacional de Astrofísica de Merate, da Itália, que não esteve envolvido na nova pesquisa. “Uma estrela de nêutrons recém-nascida altamente magnetizada e em alta rotação que se forma a partir da fusão de duas estrelas de nêutrons nunca foi observada antes”, diz ele.
Mas ele concorda que é muito cedo para descartar outras explicações. Além do mais, simulações de computador recentes sugerem que pode ser difícil ver um magnetar recém-nascido, mesmo se ele se formou, diz ele. “Eu não diria que isso está resolvido.”
Observar como a luz do objeto se comporta ao longo dos próximos quatro meses a seis anos, Fong e seus colegas calcularam, vai provar se um magnetar nasceu ou não.
A própria Fong planeja continuar acompanhando o objeto misterioso com observatórios existentes e futuros por um longo tempo. “Vou acompanhar isso até ficar velha e grisalha, provavelmente”, diz ela. “Vou treinar meus alunos para fazer isso, e seus alunos.”
Publicado em 08/12/2020 20h48
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