Há muito tempo e em todo o universo, uma enorme explosão de raios gama liberou mais energia em meio segundo do que o sol produziria durante toda a sua vida de 10 bilhões de anos.
Depois de examinar a explosão incrivelmente brilhante com comprimentos de onda ópticos, de raio-X, infravermelho próximo e de rádio, uma equipe de astrofísica liderada pela Universidade Northwestern acredita que potencialmente detectou o nascimento de um magnetar.
Os pesquisadores acreditam que o magnetar foi formado pela fusão de duas estrelas de nêutrons, o que nunca foi observado. A fusão resultou em uma kilonova brilhante – a mais brilhante já vista – cuja luz finalmente atingiu a Terra em 22 de maio de 2020. A luz veio pela primeira vez como uma explosão de raios gama, chamada de explosão curta de raios gama.
“Quando duas estrelas de nêutrons se fundem, o resultado predito mais comum é que elas formam uma estrela de nêutrons pesada que colapsa em um buraco negro em milissegundos ou menos”, disse Wen-fai Fong da Northwestern, que liderou o estudo. “Nosso estudo mostra que é possível que, para esta explosão de raios gama curta em particular, o objeto pesado tenha sobrevivido. Em vez de colapsar em um buraco negro, ele se tornou um magnetar: uma estrela de nêutrons em rotação rápida com grandes campos magnéticos, despejando energia em seu ambiente circundante e criando o brilho muito forte que vemos.”
A pesquisa foi aceita pelo The Astrophysical Journal e será publicada online ainda este ano.
Fong é professor assistente de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do CIERA (Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica). A pesquisa envolveu dois alunos de graduação, três alunos de graduação e três pós-doutorandos do laboratório de Fong.
‘Um novo fenômeno acontecendo’
Depois que a luz foi detectada pela primeira vez pelo Observatório Neil Gehrels Swift da NASA, os cientistas rapidamente recrutaram outros telescópios – incluindo o Telescópio Espacial Hubble da NASA, o Very Large Array, o W.M. O Observatório Keck e a rede do Telescópio Global do Observatório Las Cumbres – para estudar as consequências da explosão e sua galáxia hospedeira.
A equipe de Fong percebeu rapidamente que algo não fazia sentido.
Em comparação com as observações de raios-X e rádio, a emissão de infravermelho próximo detectada com o Hubble era muito brilhante. Na verdade, era 10 vezes mais brilhante do que o previsto.
“Conforme os dados chegavam, estávamos formando uma imagem do mecanismo que estava produzindo a luz que estávamos vendo”, disse o co-investigador do estudo, Tanmoy Laskar, da Universidade de Bath, no Reino Unido. “Conforme obtivemos as observações do Hubble, tivemos que mudar completamente nosso processo de pensamento, porque as informações que Hubble adicionou nos fizeram perceber que tínhamos que descartar nosso pensamento convencional e que havia um novo fenômeno acontecendo. Então, tivemos que descobrir sobre o que isso significou para a física por trás dessas explosões extremamente energéticas. ”
Monstro magnético
Fong e sua equipe discutiram várias possibilidades para explicar o brilho incomum – conhecido como uma explosão curta de raios gama – que o Hubble viu. Os pesquisadores acreditam que rajadas curtas são causadas pela fusão de duas estrelas de nêutrons, objetos extremamente densos com a massa do Sol comprimida no volume de uma grande cidade como Chicago. Embora a maioria das explosões de raios gama provavelmente resulte em um buraco negro, as duas estrelas de nêutrons que se fundiram neste caso podem ter se combinado para formar um magnetar, uma estrela de nêutrons supermassiva com um campo magnético muito poderoso.
“Basicamente, você tem essas linhas de campo magnético ancoradas na estrela que estão girando cerca de 1.000 vezes por segundo, e isso produz um vento magnetizado”, explicou Laskar. “Essas linhas de campo giratórias extraem a energia rotacional da estrela de nêutrons formada na fusão e depositam essa energia no material ejetado da explosão, fazendo com que o material brilhe ainda mais.”
“Sabemos que magnetares existem porque os vemos em nossa galáxia”, disse Fong. “Achamos que a maioria deles é formada na morte explosiva de estrelas massivas, deixando para trás essas estrelas de nêutrons altamente magnetizadas. No entanto, é possível que uma pequena fração se forme em fusões de estrelas de nêutrons. Nunca vimos evidências disso antes, muito menos na luz infravermelha, tornando esta descoberta especial.”
Uma Kilonova estranhamente brilhante
Espera-se que os quilonovas, que são normalmente 1.000 vezes mais brilhantes do que uma nova clássica, acompanhem as explosões curtas de raios gama. Única para a fusão de dois objetos compactos, kilonovae brilham a partir da decomposição radioativa de elementos pesados ejetados durante a fusão, produzindo elementos cobiçados como ouro e urânio.
“Temos apenas uma kilonova confirmada e bem amostrada até agora”, disse Jillian Rastinejad, co-autora do artigo e estudante de pós-graduação no laboratório de Fong. “Por isso, é especialmente emocionante encontrar uma nova kilonova em potencial que parece tão diferente. Essa descoberta nos deu a oportunidade de explorar a diversidade de kilonova e seus objetos remanescentes.”
Se o brilho inesperado visto pelo Hubble veio de um magnetar que depositou energia no material kilonova, então, dentro de alguns anos, o material ejetado da explosão irá produzir luz que aparece em comprimentos de onda de rádio. As observações posteriores de rádio podem, em última análise, provar que se tratava de um magnetar, levando a uma explicação da origem de tais objetos.
“Agora que temos uma quilonova candidata muito brilhante”, disse Rastinejad, “estou animado com as novas surpresas que as explosões curtas de raios gama e as fusões de estrelas de nêutrons nos reservam no futuro.”
Publicado em 14/11/2020 09h14
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