Créditos:Crédito: A. Simonnet (Universidade Estadual de Sonoma) e Goddard Space Flight Center da NASA
DOI: 10.1038/s41586-023-06759-1
Credibilidade: 989
#Estrela de Nêutrons
Usando vários observatórios, os astrônomos detectam diretamente o telúrio em duas estrelas de nêutrons em fusão.
Uma extraordinária explosão de luz de alta energia no céu apontou aos astrônomos um par de estrelas de nêutrons forjadas em metal a 900 milhões de anos-luz da Terra.
Num estudo publicado hoje na Nature, uma equipe internacional de astrônomos, incluindo cientistas do MIT, relata a detecção de uma explosão de raios gama extremamente brilhante (GRB), que é o tipo de explosão mais poderoso conhecido no Universo. Este GRB em particular é o segundo mais brilhante detectado até agora, e os astrônomos subsequentemente rastrearam a origem da explosão até duas estrelas de nêutrons em fusão. As estrelas de nêutrons são os núcleos ultradensos e colapsados de estrelas massivas e acredita-se que sejam o local onde muitos dos metais pesados do universo são forjados.
A equipe descobriu que, à medida que as estrelas circulavam entre si e eventualmente se fundiam, elas emitiam uma enorme quantidade de energia na forma de GRB. E, pela primeira vez, os astrônomos detectaram diretamente sinais de metais pesados no rescaldo estelar. Especificamente, captaram um sinal claro de telúrio, um elemento pesado e ligeiramente tóxico que é mais raro que a platina na Terra, mas que se pensa ser abundante em todo o universo.
Os astrônomos estimam que a fusão liberou telúrio suficiente para igualar a massa de 300 Terras. E se o telúrio estiver presente, a fusão deve ter produzido outros elementos intimamente relacionados, como o iodo, que é um nutriente mineral essencial para grande parte da vida na Terra.
A descoberta foi feita através do esforço coletivo de astrônomos de todo o mundo, usando o Telescópio Espacial James Webb (James Webb) da NASA, bem como outros telescópios terrestres e espaciais, incluindo o satélite TESS da NASA (uma missão liderada pelo MIT) e o Very Large Telescope ( VLT) no Chile, que os cientistas do MIT usaram para contribuir para a descoberta.
“Esta descoberta é um grande passo em frente na nossa compreensão dos locais de formação de elementos pesados no Universo e demonstra o poder de combinar observações em diferentes comprimentos de onda para revelar novos conhecimentos sobre estas explosões extremamente energéticas”, afirma o coautor do estudo, Benjamin Schneider. , pós-doutorado no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT.
Schneider é um dos muitos pesquisadores de várias instituições ao redor do mundo que contribuíram para o estudo, liderado por Andrew Levan, da Universidade Radboud, na Holanda, e da Universidade de Warwick, no Reino Unido.
“Tudo de uma vez”
A explosão inicial foi detectada em 7 de março de 2023, pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA, e foi determinada como sendo uma explosão de raios gama excepcionalmente brilhante, que os astrônomos rotularam de GRB 230307A.
“Pode ser difícil exagerar o quão brilhante era”, diz Michael Fausnaugh, que era cientista pesquisador no MIT na época e agora é professor assistente na Texas Tech University. “Na astronomia de raios gama, geralmente contamos fótons individuais. Mas entraram tantos fótons que o detector não conseguiu distinguir os individuais. Foi como se o dial tivesse atingido o máximo.”
A explosão ultrabrilhante também foi excepcionalmente longa, durando 200 segundos, enquanto as fusões de estrelas de nêutrons normalmente resultam em GRBs curtos que piscam por menos de dois segundos. A explosão brilhante e duradoura atraiu interesse imediato em todo o mundo, à medida que os astrônomos focavam uma série de outros telescópios na direção da explosão. Desta vez, o brilho da explosão funcionou a favor dos cientistas, uma vez que a explosão de raios gama foi detectada por satélites em todo o sistema solar. Ao triangular estas observações, os astrônomos conseguiram determinar a localização da explosão – no céu meridional, dentro da constelação de Mensa.
No MIT, Schneider e Fausnaugh juntaram-se à busca multifacetada. Pouco depois da detecção inicial do Fermi, Fausnaugh verificou se a explosão aparecia nos dados obtidos pelo satélite TESS, que apontava para a mesma secção do céu onde o GRB 230307A foi inicialmente detectado. Fausnaugh analisou aquela parte dos dados do TESS e localizou a explosão, depois rastreou sua atividade do começo ao fim.
“Poderíamos ver tudo de uma vez”, diz Fausnaugh. “Vimos um flash muito brilhante, seguido por um pequeno solavanco ou brilho residual. Essa foi uma curva de luz única. Sem o TESS, é quase impossível observar o flash óptico inicial que ocorre ao mesmo tempo que os raios gama.”
Entretanto, Schneider examinou a explosão com outro telescópio terrestre: o Very Large Telescope (VLT) no Chile. Como membro de um grande programa de observação GRB executado neste telescópio, Schneider estava de plantão logo após a observação inicial do Fermi e focou o telescópio na direção da explosão.
As observações do VLT ecoaram os dados do TESS e revelaram um padrão igualmente curioso: as emissões do GRB pareciam transitar rapidamente dos comprimentos de onda azuis para os vermelhos. Este padrão é característico de uma quilonova – uma explosão massiva que normalmente ocorre quando duas estrelas de nêutrons colidem. As análises do grupo do MIT, combinadas com outras observações em todo o mundo, ajudaram a determinar que o GRB era provavelmente o produto da fusão de duas estrelas de nêutrons.
Um chute estelar
Onde se originou a fusão em si? Para isso, os astrônomos recorreram à visão de campo profundo do James Webb, que pode ver mais longe no espaço do que qualquer outro telescópio. Os astrônomos usaram o James Webb para observar GRB 230307A, na esperança de identificar a galáxia hospedeira onde as estrelas de nêutrons se originaram. As imagens do telescópio revelaram que, estranhamente, o GRB parecia não estar ancorado em nenhuma galáxia hospedeira. Mas parecia haver uma galáxia próxima, a cerca de 120 mil anos-luz de distância.
As observações do telescópio sugerem que as estrelas de nêutrons foram expulsas da galáxia próxima. Provavelmente formaram-se como um par de estrelas massivas num sistema binário. Eventualmente, ambas as estrelas colapsaram em estrelas de nêutrons, em eventos poderosos que efetivamente “expulsaram” o par da sua galáxia natal, fazendo com que escapassem para um novo local onde lentamente circularam uma sobre a outra e se fundiram, várias centenas de milhões de anos mais tarde.
Em meio às emissões energéticas da fusão, o James Webb também detectou um sinal claro de telúrio. Embora a maioria das estrelas possa produzir elementos mais leves até o ferro, acredita-se que todos os outros elementos mais pesados do universo foram forjados em ambientes mais extremos, como a fusão de uma estrela de nêutrons. A detecção de telúrio pelo James Webb confirmou ainda que a explosão inicial de raios gama foi produzida por uma fusão de estrelas de nêutrons.
“Para o James Webb, é apenas o começo e já fez uma enorme diferença”, diz Schneider. “Nos próximos anos, serão detectadas mais fusões de estrelas de nêutrons. A combinação do James Webb com outros observatórios poderosos será crucial para esclarecer a natureza destas explosões extremas.”
Publicado em 29/10/2023 09h39
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