Uma equipe de astrônomos liderada pela Northwestern University desenvolveu o inventário mais extenso até hoje das galáxias onde se originam as explosões de raios gama curtas (SGRBs).
Usando vários instrumentos altamente sensíveis e modelagem sofisticada de galáxias, os pesquisadores identificaram as casas galácticas de 84 SGRBs e sondaram as características de 69 das galáxias hospedeiras identificadas. Entre suas descobertas, eles descobriram que cerca de 85% dos SGRBs estudados vêm de galáxias jovens e formadoras de estrelas.
Os astrônomos também descobriram que mais SGRBs ocorreram em épocas anteriores, quando o universo era muito mais jovem – e com distâncias maiores dos centros de suas galáxias hospedeiras – do que se sabia anteriormente. Surpreendentemente, vários SGRBs foram vistos longe de suas galáxias hospedeiras – como se tivessem sido “expulsos”, uma descoberta que levanta questões sobre como eles foram capazes de viajar para tão longe.
“Este é o maior catálogo de galáxias hospedeiras SGRB que já existiu, então esperamos que seja o padrão-ouro por muitos anos”, disse Anya Nugent, estudante de pós-graduação da Northwestern que liderou o estudo focado na modelagem de galáxias hospedeiras. “Construir este catálogo e finalmente ter galáxias hospedeiras suficientes para ver padrões e tirar conclusões significativas é exatamente o que o campo precisava para impulsionar nossa compreensão desses eventos fantásticos e o que acontece com as estrelas depois que elas morrem.”
A equipe publicará dois artigos detalhando o novo catálogo. Ambos os artigos serão publicados na segunda-feira, 21 de novembro, no The Astrophysical Journal. Como os SGRBs estão entre as explosões mais brilhantes do universo, a equipe chama seu catálogo de BRIGHT (Broadband Repository for Investigating Gamma-ray burst Host Traits). Todos os dados e produtos de modelagem da BRIGHT estão disponíveis publicamente online para uso da comunidade.
Nugent é estudante de pós-graduação em física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do Centro de Exploração Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica (CIERA). Ela é aconselhada por Wen-fai Fong, professor assistente de física e astronomia em Weinberg e membro-chave da CIERA, que liderou um segundo estudo focado em observações de hospedeiros SGRB.
Referência para comparações futuras
Quando duas estrelas de nêutrons colidem, elas geram flashes momentâneos de intensa luz de raios gama, conhecidos como SGRBs. Enquanto os raios gama duram meros segundos, a luz óptica pode continuar por horas antes de desaparecer abaixo dos níveis de detecção (um evento chamado pós-brilho). SGRBs são algumas das explosões mais luminosas do universo com, no máximo, uma dúzia detectada e identificada a cada ano. Atualmente, eles representam a única maneira de estudar e entender uma grande população de sistemas estelares de nêutrons em fusão.
Desde que o Observatório Swift da NASA Neil Gehrel descobriu pela primeira vez um brilho residual SGRB em 2005, os astrônomos passaram os últimos 17 anos tentando entender quais galáxias produzem essas explosões poderosas. As estrelas dentro de uma galáxia podem fornecer informações sobre as condições ambientais necessárias para produzir SGRBs e podem conectar as misteriosas explosões às suas origens de fusão de estrelas de nêutrons. Até agora, apenas um SGRB (GRB 170817A) tem uma origem confirmada de fusão estrela de nêutrons – como foi detectado apenas alguns segundos depois que os detectores de ondas gravitacionais observaram a fusão binária de estrela de nêutrons (GW170817).
“Em uma década, a próxima geração de observatórios de ondas gravitacionais será capaz de detectar fusões de estrelas de nêutrons nas mesmas distâncias que fazemos hoje com SGRBs”, disse Fong. “Assim, nosso catálogo servirá como referência para comparação com futuras detecções de fusões de estrelas de nêutrons.”
“O catálogo pode realmente causar impactos além de apenas uma única classe de transientes como SGRBs”, disse Yuxin “Vic” Dong, co-autor do estudo e Ph.D em astrofísica. estudante da Noroeste. “Com a riqueza de dados e resultados apresentados no catálogo, acredito que uma variedade de projetos de pesquisa fará uso dele, talvez até de maneiras que ainda não pensamos.”
Insight em sistemas de estrelas de nêutrons
Para criar o catálogo, os pesquisadores usaram vários instrumentos altamente sensíveis no W.M. Keck, os Observatórios Gemini, o Observatório MMT, o Observatório do Grande Telescópio Binocular e os Telescópios Magellan no Observatório Las Campanas para capturar imagens profundas e espectroscopia de algumas das galáxias mais fracas identificadas na pesquisa de hospedeiros SGRB. A equipe também usou dados de dois dos Grandes Observatórios da NASA, o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Espacial Spitzer.
Antes desses novos estudos, os astrônomos caracterizaram as galáxias hospedeiras de apenas algumas dúzias de SGRBs. O novo catálogo é quadruplicado o número de amostras existentes. Com a vantagem de um conjunto de dados muito maior, o catálogo mostra que as galáxias hospedeiras SGRB podem ser jovens e formadoras de estrelas ou velhas e próximas da morte. Isso significa que os sistemas de estrelas de nêutrons se formam em uma ampla gama de ambientes e muitos deles têm escalas de tempo rápidas de formação para fusão. Como as fusões de estrelas de nêutrons criam elementos pesados como ouro e platina, os dados do catálogo também aprofundarão a compreensão dos cientistas sobre quando os metais preciosos foram criados no universo.
“Suspeitamos que os SGRBs mais jovens que encontramos em galáxias hospedeiras mais jovens venham de sistemas estelares binários que se formaram em uma ‘explosão’ de formação estelar e estão tão fortemente ligados que podem se fundir muito rapidamente”, disse Nugent. “Teorias de longa data sugerem que deve haver maneiras de fundir estrelas de nêutrons rapidamente, mas, até agora, não pudemos testemunhar. Encontramos evidências de SGRBs mais antigos nas galáxias que são muito mais antigas e acreditamos que as estrelas nessas as galáxias demoraram mais tempo para formar um binário ou eram um sistema binário que foi ainda mais separado. Portanto, eles demoraram mais para se fundir.”
Potencial do JWST
Com a capacidade de detectar as melhores galáxias hospedeiras desde os primeiros tempos do universo, o novo observatório infravermelho da NASA, o Telescópio Espacial James Webb (JWST), está pronto para avançar ainda mais na compreensão das fusões de estrelas de nêutrons e quão distantes no tempo elas começou.
“Estou mais animado com a possibilidade de usar o JWST para investigar mais profundamente as casas desses eventos raros e explosivos”, disse Nugent. “A capacidade do JWST de observar galáxias fracas no universo pode descobrir mais galáxias hospedeiras SGRB que estão atualmente escapando da detecção, talvez até revelando uma população desaparecida e um link para o universo inicial”.
“Comecei as observações para este projeto há 10 anos e foi muito gratificante poder passar a tocha para a próxima geração de pesquisadores”, disse Fong. “É uma das maiores alegrias da minha carreira ver anos de trabalho ganhar vida neste catálogo, graças aos jovens pesquisadores que realmente levaram este estudo para o próximo nível.”
Publicado em 26/11/2022 07h48
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