Os mistérios do cosmos continuam a surpreender os astrônomos, e com cada nova observação surge uma chance de aprofundar – ou derrubar – nossa compreensão do universo.
Na edição de 7 de dezembro da revista Nature, uma equipe internacional de astrofísicos relata a descoberta de uma explosão cosmológica única de raios gama (GRB) que desafia as teorias predominantes de como as violentas explosões cósmicas se formam. Essa explosão “estranha” levou a equipe a propor um novo modelo, ou fonte, para certos tipos de GRBs.
Explosões de raios gama são as explosões mais luminosas e violentas do universo. Eles significam a morte de estrelas ou colisões de remanescentes estelares. Os GRBs observados são normalmente colocados em duas categorias: GRBs de curta ou longa duração. GRBs longos se originam da morte de estrelas massivas e são tipicamente associados a transientes ópticos brilhantes chamados supernovas. GRBs curtos têm uma duração de menos de dois segundos e se originam das colisões de duas estrelas de nêutrons ou uma estrela de nêutrons e um buraco negro, e são tipicamente associados a transientes ópticos mais fracos conhecidos como quilonovas.
Por décadas, os GRBs se encaixaram perfeitamente nessas categorias aconchegantes. Até agora.
Em 11 de dezembro de 2021, um GRB acionou vários detectores de raios gama no espaço, incluindo o Fermi Gamma-ray Telescope da NASA e o Neil Gehrels Swift Observatory. Essa rajada, com uma duração de quase 70 segundos, normalmente seria considerada como um GRB longo normal. Isto é, até que várias equipes dos EUA e da Europa realizaram observações de acompanhamento e descobriram uma assinatura surpreendente.
“Este GRB inclui duas partes: um pico forte de 13 segundos e uma emissão estendida mais suave de 55 segundos”, disse o ex-aluno da UNLV e autor correspondente do estudo Bin-Bin Zhang, que atualmente trabalha na Universidade de Nanjing, na China. “A duração do pico forte de 13 segundos deveria ter excluído completamente essa explosão da categoria GRB curta.”
Em outras palavras, em vez de mostrar uma supernova muito mais brilhante, como esperado, a observação foi consistente com uma quilonova que é mais tipicamente associada a um GRB curto.
“Um GRB tão peculiar foi o primeiro de seu tipo já detectado”, disse o professor de astrofísica da UNLV Bing Zhang, co-autor do artigo da Nature. “Essa descoberta não apenas desafiou nossa compreensão das origens do GRB, mas também nos obriga a considerar um novo modelo de como alguns GRBs se formam”.
A equipe de pesquisa acredita que este GRB único, conhecido como GRB 211211A, provavelmente se formou através da colisão entre uma estrela de nêutrons e uma anã branca, o que é conhecido como fusão WD-NS.
As anãs brancas são objetos do tamanho da Terra que se formam a partir da morte de estrelas de baixa massa – aquelas com massa menor que a de cerca de oito dos nossos sóis. As estrelas de nêutrons se formam quando estrelas mais massivas, aquelas com massa entre oito e 20 sóis, morrem. Quando estrelas ainda maiores morrem, elas formam buracos negros diretamente.
Estrelas massivas e de baixa densidade produzem GRBs de longa duração, enquanto estrelas de alta densidade, incluindo estrelas de nêutrons, produzem GRBs de curta duração. De acordo com Zhang da UNLV, as anãs brancas têm densidades intermediárias, o que as torna origens ideais para o tipo de GRB descoberto em 2021, pois exibe uma duração intermediária sem envolver uma estrela massiva.
“Apesar do número relativamente grande de GRBs observados a cada ano, a assinatura única do GRB 211211A ultrapassou os limites de nossos sistemas categoriais atuais e exigiu uma nova maneira de pensar”, disse Zhang. “Após uma análise cuidadosa, o único cenário de fusão que fazia sentido era o de uma anã branca e uma estrela de nêutrons”.
O estudante de doutorado da UNLV Shunke Ai e um estudante da Universidade de Nanjing colaboraram para desenvolver um modelo detalhado para interpretar a peculiar assinatura de quilonova observada por GRB 211211A. Ai descobriu que se uma fusão WD-NS deixa para trás uma estrela de nêutrons girando rapidamente, conhecida como magnetar, a injeção de energia adicional do magnetar combinada com a energia da reação nuclear do material lançado durante a explosão pode explicar a emissão de kilonova observada para GRB 211211A.
O estudo, “Uma explosão de raios gama de longa duração com uma origem peculiar”, apareceu em 7 de dezembro na revista Nature. O artigo inclui 10 coautores de 4 instituições, sendo a UNLV e a Universidade de Nanjing as principais instituições. Publicados na mesma edição estão três artigos paralelos que relatam a detecção da kilonova. Este artigo enfoca a própria emissão peculiar de raios gama e propõe o modelo de fusão WD-NS para interpretar os dados.
Publicado em 14/12/2022 00h41
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