A ‘Cow’ (vaca) não está sozinha; com a ajuda do W. M. Keck Observatory em Maunakea, no Havaí, os astrônomos descobriram mais dois como ele – o ‘Koala’ e um objeto brilhante misterioso semelhante chamado CSS161010. Esse trio de transientes ópticos azuis rápidos (FBOTs) parece ser parentes, todos pertencentes a uma família altamente luminosa que possui um histórico de astrônomos surpreendentes com suas rápidas e poderosas explosões de energia.
O ‘Koala’, um apelido derivado do final de seu nome oficial ZTF18abvkwla, apareceu de repente como uma nova fonte brilhante no céu óptico antes de desaparecer em poucas noites. Uma equipe de astrônomos da Caltech percebeu que esse comportamento era semelhante ao da “Cow” e solicitou observações de rádio para ver se os dois estavam conectados.
“Quando reduzi os dados, pensei ter cometido um erro”, disse Anna Ho, estudante de astronomia da Caltech e principal autora do estudo. “O ‘Koala’ lembrava a ‘Cow’, mas a emissão de rádio era dez vezes mais brilhante – tão brilhante quanto uma explosão de raios gama!”
O artigo de Ho e sua equipe de pesquisa é publicado na edição do The Astrophysical Journal.
Outra explosão cósmica desse tipo, CSS161010, fascinou uma equipe de astrônomos liderada pela Northwestern University. Com base em observações de rádio, eles calcularam esse material lançado transitório no espaço mais rápido que 0,55 vezes a velocidade da luz.
“Isso foi inesperado”, disse Deanne Coppejans, associado de pós-doutorado na Northwestern University e principal autor do estudo no CSS161010. “Sabemos de explosões estelares energéticas que podem ejetar material quase à velocidade da luz, especificamente explosões de raios gama, mas elas apenas lançam uma pequena quantidade de massa – cerca de um milhão da massa do Sol. O CSS161010 lançou de 1 a 10% da massa do Sol a velocidades relativísticas – evidência de que esta é uma nova classe de transitórios! ”
O artigo de Coppejans e sua equipe é publicado na edição do The Astrophysical Journal Letters.
Esses três eventos estranhos compõem um novo subtipo de FBOTs, que primeiro deslumbrou o mundo no verão de 2018, quando a ‘Cow’, abreviação de AT2018cow, explodiu no céu.
Três meses depois, a equipe de Ho capturou o ‘Koala’. Embora a ‘Cow’ tenha sido a primeira a chegar às manchetes do mundo, o CSS161010 foi realmente o primeiro FBOT descoberto com emissão luminosa de rádio e raios X, mas os astrônomos ainda não sabiam como interpretar essas descobertas.
“Naquela época, não havia realmente um modelo teórico que previsse emissão de rádio brilhante de FBOTs brilhantes”, disse Coppejans. “Não foi até que realizamos observações de rádio e raios-X que a verdadeira natureza do CSS161010 se revelou. Vê-lo nesses comprimentos de onda é importante porque os dados mostraram que estávamos procurando algo novo e altamente energético”.
O que torna esses luminosos FBOTs estranhos é que eles se parecem com explosões de supernovas, mas surgem e desaparecem muito mais rapidamente. Eles também são extremamente quentes, fazendo com que pareçam mais azuis nas suas cores do que as supernovas padrão.
Além disso, enquanto essas novas explosões de FBOTs são tão violentas quanto as explosões de raios gama (GRBs) e também podem lançar fluxos de saída em velocidades relativísticas, suas assinaturas observacionais são diferentes, pois são cercadas por muita matéria circunstancial. E, diferentemente dos GRBs, o ‘Cow’ e o CSS161010 contêm hidrogênio.
“Nós não vemos esses dois elementos nos espectros de supernovas de GRB porque pensamos que os GRBs vêm de estrelas moribundas que foram ‘despidas’ de seus envelopes de hidrogênio e hélio antes de desabar em um novo buraco negro”, disse Ho.
rigem dos FBOTS luminosos
As duas equipes usaram o espectrômetro de imagem de baixa resolução (LRIS) do Observatório Keck e o DEIMOS e espectrômetro de objetos múltiplos (DEIMOS) para caracterizar as galáxias hospedeiras do ‘Koala’ e do CSS161010; eles descobriram que ambos os FBOTs vêm de galáxias anãs de baixa massa, assim como a ‘Cow’.
“A galáxia hospedeira do CSS161010 é tão pequena que apenas um telescópio de 10 metros como o Keck pode coletar luz suficiente para permitir modelar fisicamente a emissão”, disse o co-autor Giacomo Terreran, associado de pós-doutorado no CIERA (Centro de Interdisciplinaridade da Northwestern University). Exploração e Pesquisa em Astrofísica). “Notavelmente, os dados de Keck mostraram as galáxias hospedeiras do CSS161010, o ‘Koala’ e a ‘Cow’, embora pequenas, estão formando estrelas ativamente, indicando que sua base possui uma massa estelar muito pequena, típica das galáxias anãs”.
“Isso provavelmente indica que as propriedades das galáxias anãs, como a metalicidade ou a história da formação, podem permitir alguns caminhos evolutivos muito raros de estrelas que levam às explosões mais violentas”, disseram Coppejans.
Embora ambas as equipes atribuam as explosões de estrelas massivas como a causa mais provável desses novos FBOTs, outra possibilidade ainda em consideração é que elas se originam de estrelas devoradas por buracos negros. Nesse caso, essa nova classe de FBOTs pode ser a chave na busca por buracos negros de tamanho médio, que ainda precisam ser detectados. Em geral, quanto mais massiva é uma galáxia, mais pesado é o buraco negro central; seguindo essa tendência, espera-se que galáxias anãs sejam candidatas a hospedar buracos negros de massa intermediária.
“Uma idéia é que os FBOTs poderiam ser o reflexo de uma estrela sendo destruída por um buraco negro de massa intermediária. Se esse for o caso, eles poderiam ser potencialmente faróis para ajudar a encontrar esses buracos negros indescritíveis”, disse Rafaella, co-autor do CSS161010 Margutti, professor assistente de física e astronomia na Northwestern University e membro do corpo docente do CIERA da Northwestern.
Embora a origem desse tipo de FBOT ainda seja muito debatida, os novos dados fornecem novas informações sobre como eles podem ter se formado.
“As observações provam que os FBOTs mais luminosos têm um ‘mecanismo central’ – uma fonte como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro que alimenta o transiente”, disse Margutti. “Ainda não está claro se esses brilhantes FBOTs são supernovas raras, estrelas sendo destruídas por buracos negros ou outros fenômenos energéticos. Observações com vários comprimentos de onda de mais FBOTs e seu ambiente responderão a essa pergunta”.
Metodologia e Próximos Passos
Devido à sua ascensão extremamente rápida à luz máxima, esses FBOTs raros são difíceis de detectar. Porém, desenvolvimentos recentes em pesquisas ópticas de alta cadência que varrem enormes faixas do céu todas as noites tornam mais viável a busca por transitórios raros e de curta duração. A chave para determinar sua verdadeira natureza é conduzir observações de vários comprimentos de onda de acompanhamento.
O ‘Koala’ foi detectado pela primeira vez usando o Zwicky Transient Facility no Observatório Palomar. A equipe de Ho então usou o Hale Telescope para obter espectros, seguido pelo Very Large Array (VLA) e o Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) para realizar observações de rádio.
O CSS161010 foi capturado pela primeira vez pela Pesquisa de transientes em tempo real da Catalina e descoberto de forma independente pela Pesquisa automatizada da All-Sky para supernovas. Coppejans e sua equipe conduziram observações de rádio de acompanhamento com o VLA e GMRT e observações de raios-X com o Observatório de Raios-X Chandra da NASA. A emissão de rádio é produzida pela onda de choque do material que atinge o meio ambiente a mais de 0,55 vezes a velocidade da luz, mas a emissão de raios X não pode ser explicada dessa maneira. A equipe especula que eles podem estar vendo diretamente o motor central em raios-X, como na “vaca”. “Uma lição aprendida é que os FBOTs se provaram mais raros e difíceis de encontrar do que alguns de nós esperávamos, na banda de rádio eles também são muito mais luminosos do que imaginávamos, permitindo fornecer dados bastante abrangentes, mesmo em eventos que são longe “, disse Daniel Perley, professor do Instituto de Pesquisa Astrofísica da Universidade John Moores, em Liverpool, e co-autor do estudo ‘Koala’. “Essas observações do ‘Koala’ e do CSS161010 mostram o quanto podemos aprender com as observações de rádio e raios X dos FBOTs”, disse Ho. “O desafio daqui para frente é delinear diferentes subtipos de FBOT e desenvolver vocabulário mais preciso. É emocionante ajudar a investigar um fenômeno novo e inesperado. Na ciência, às vezes você não encontra o que esperava encontrar, mas ao longo do caminho descobrir novas direções “.
Publicado em 26/05/2020 21h04
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