Explosões de raios gama (GRBs) foram detectadas por satélites que orbitam a Terra como flashes luminosos da radiação de raios gama mais energética com duração de milissegundos a centenas de segundos. Essas explosões catastróficas ocorrem em galáxias distantes, a bilhões de anos-luz da Terra.
Um subtipo de GRB conhecido como GRB de curta duração começa a vida quando duas estrelas de nêutrons colidem. Essas estrelas ultradensas têm a massa do nosso Sol comprimida para metade do tamanho de uma cidade como São Paulo e, nos momentos finais de suas vidas, pouco antes de desencadear um GRB, elas geram ondulações no espaço-tempo – conhecidas pelos astrônomos como ondas gravitacionais.
Até agora, os cientistas espaciais concordaram amplamente que o “motor” que alimenta essas explosões energéticas e de curta duração deve sempre vir de um buraco negro recém-formado (uma região do espaço-tempo onde a gravidade é tão forte que nada, nem mesmo a luz, pode escapar dele). No entanto, uma nova pesquisa de uma equipe internacional de astrofísicos, liderada pela Dra. Nuria Jordana-Mitjans da Universidade de Bath, está desafiando essa ortodoxia científica.
De acordo com as descobertas do estudo, alguns GRBs de curta duração são desencadeados pelo nascimento de uma estrela supramassiva (também conhecida como remanescente de estrela de nêutrons) e não um buraco negro. O artigo está disponível no The Astrophysical Journal.
Dr. Jordana-Mitjans disse: “Tais descobertas são importantes, pois confirmam que estrelas de nêutrons recém-nascidas podem alimentar algumas GRBs de curta duração e as emissões brilhantes em todo o espectro eletromagnético que foram detectadas acompanhando-as. Esta descoberta pode oferecer uma nova maneira de localizar fusões de estrelas de nêutrons e, portanto, emissores de ondas gravitacionais, quando procuramos sinais nos céus.”
Teorias concorrentes
Muito se sabe sobre GRBs de curta duração. Eles começam a vida quando duas estrelas de nêutrons, que estão se aproximando cada vez mais, acelerando constantemente, finalmente colidem. E a partir do local do acidente, uma explosão de jato libera a radiação de raios gama que faz um GRB, seguido por um pós-brilho de vida mais longa. Um dia depois, o material radioativo que foi expelido em todas as direções durante a explosão produz o que os pesquisadores chamam de kilonova.
No entanto, precisamente o que resta depois que duas estrelas de nêutrons colidem – o “produto” do acidente – e, consequentemente, a fonte de energia que dá a uma GRB sua energia extraordinária, tem sido uma questão de debate. Os cientistas agora podem estar mais perto de resolver esse debate, graças às descobertas do estudo liderado por Bath.
Os cientistas espaciais estão divididos entre duas teorias. A primeira teoria diz que as estrelas de nêutrons se fundem para formar brevemente uma estrela de nêutrons extremamente massiva, apenas para essa estrela colapsar em um buraco negro em uma fração de segundo. A segunda argumenta que as duas estrelas de nêutrons resultariam em uma estrela de nêutrons menos pesada e com maior expectativa de vida.
Portanto, a pergunta que vem atormentando os astrofísicos há décadas é esta: os GRBs de curta duração são alimentados por um buraco negro ou pelo nascimento de uma estrela de nêutrons de vida longa?
Até o momento, a maioria dos astrofísicos apoiou a teoria do buraco negro, concordando que para produzir um GRB, é necessário que a estrela de nêutrons massiva colapse quase instantaneamente.
Sinais eletromagnéticos
Os astrofísicos aprendem sobre colisões de estrelas de nêutrons medindo os sinais eletromagnéticos dos GRBs resultantes. Espera-se que o sinal originário de um buraco negro seja diferente daquele proveniente de um remanescente de estrela de nêutrons.
O sinal eletromagnético do GRB explorado para este estudo (chamado GRB 180618A) deixou claro para a Dra. Jordana-Mitjans e seus colaboradores que um remanescente de estrela de nêutrons em vez de um buraco negro deve ter dado origem a essa explosão.
Elaborando, o Dr. Jordana-Mitjans disse: “Pela primeira vez, nossas observações destacam vários sinais de uma estrela de nêutrons sobrevivente que viveu por pelo menos um dia após a morte da estrela de nêutrons binária original.”
A professora Carole Mundell, coautora do estudo e professora de Astronomia Extragaláctica em Bath, onde ocupa a cadeira Hiroko Sherwin em Astronomia Extragaláctica, disse: ainda é praticamente impossível fazer sem usar um telescópio robótico, mas quando analisamos nossos dados requintados, ficamos surpresos ao descobrir que não poderíamos explicá-lo com o modelo padrão de buraco negro de colapso rápido de GRBs.
“Nossa descoberta abre uma nova esperança para as próximas pesquisas do céu com telescópios como o Observatório Rubin LSST, com o qual podemos encontrar sinais de centenas de milhares de estrelas de nêutrons de vida longa, antes de colapsarem para se tornarem buracos negros”.
Brilho desaparecendo
O que inicialmente intrigou os pesquisadores foi que a luz óptica do brilho que se seguiu ao GRB 180618A desapareceu após apenas 35 minutos. Análises posteriores mostraram que o material responsável por uma emissão tão breve estava se expandindo perto da velocidade da luz devido a alguma fonte de energia contínua que o empurrava por trás.
O mais surpreendente foi que essa emissão teve a marca de uma estrela de nêutrons recém-nascida, girando rapidamente e altamente magnetizada, chamada magnetar de milissegundos. A equipe descobriu que o magnetar após o GRB 180618A estava reaquecendo o material restante do acidente enquanto desacelerava.
No GRB 180618A, a emissão óptica alimentada por magnetar foi mil vezes mais brilhante do que o esperado de uma kilonova clássica.
Publicado em 12/11/2022 08h49
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