Cientistas que usam o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – um observatório internacional cooperado pelo Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) da Fundação Nacional de Ciência dos EUA – registraram pela primeira vez a luz de comprimento de onda milimétrica de uma explosão de fogo causada pelo fusão de uma estrela de nêutrons com outra estrela. A equipe também confirmou que esse flash de luz é uma das explosões de raios gama de curta duração mais energéticas já observadas, deixando para trás um dos pós-brilho mais luminosos já registrados. Os resultados da pesquisa serão publicados em uma próxima edição do The Astrophysical Journal Letters.
As explosões de raios gama (GRBs) são as explosões mais brilhantes e energéticas do universo, capazes de emitir mais energia em questão de segundos do que o nosso sol emitirá durante toda a sua vida. GRB 211106A pertence a uma subclasse GRB conhecida como rajadas de raios gama de curta duração. Essas explosões – que os cientistas acreditam serem responsáveis pela criação dos elementos mais pesados do universo, como platina e ouro – resultam da fusão catastrófica de sistemas estelares binários contendo uma estrela de nêutrons. “Essas fusões ocorrem por causa da radiação de ondas gravitacionais que remove energia da órbita das estrelas binárias, fazendo com que as estrelas se espiralem”, disse Tanmoy Laskar, que em breve começará a trabalhar como professor assistente de física e astronomia na Universidade de Utah. “A explosão resultante é acompanhada por jatos que se movem perto da velocidade da luz. Quando um desses jatos é apontado para a Terra, observamos um pulso curto de radiação gama ou um GRB de curta duração.”
Um GRB de curta duração geralmente dura apenas alguns décimos de segundo. Os cientistas então procuram um brilho residual, uma emissão de luz causada pela interação dos jatos com o gás circundante. Mesmo assim, eles são difíceis de detectar; apenas meia dúzia de GRBs de curta duração foram detectados em comprimentos de onda de rádio e até agora nenhum havia sido detectado em comprimentos de onda milimétricos. Laskar, que liderou a pesquisa enquanto bolsista de excelência na Radboud University, na Holanda, disse que a dificuldade é a imensa distância dos GRBs e as capacidades tecnológicas dos telescópios. “Os pós-brilho de curta duração do GRB são muito luminosos e energéticos. Mas essas explosões ocorrem em galáxias distantes, o que significa que a luz deles pode ser bastante fraca para nossos telescópios na Terra. Antes do ALMA, os telescópios milimétricos não eram sensíveis o suficiente para detectar esses brilhos. ”
A cerca de 20 bilhões de anos-luz da Terra, GRB 211106A não é exceção. A luz desta explosão de raios gama de curta duração era tão fraca que, enquanto as primeiras observações de raios-X com o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA viram a explosão, a galáxia hospedeira era indetectável naquele comprimento de onda, e os cientistas não foram capazes de determinar exatamente onde a explosão estava vindo. – A luz pós-brilho é essencial para descobrir de qual galáxia vem uma explosão e para aprender mais sobre a explosão em si. disse Laskar, acrescentando que uma quantidade significativa de poeira na área também obscureceu o objeto da detecção em observações ópticas com o Telescópio Espacial Hubble.
Cada comprimento de onda acrescentou uma nova dimensão à compreensão dos cientistas sobre o GRB, e o milímetro, em particular, foi fundamental para descobrir a verdade sobre a explosão. “As observações do Hubble revelaram um campo imutável de galáxias. A sensibilidade incomparável do ALMA nos permitiu identificar a localização do GRB nesse campo com mais precisão, e acabou por estar em outra galáxia fraca, que está mais distante. Isso, por sua vez, , significa que essa explosão de raios gama de curta duração é ainda mais poderosa do que pensávamos, tornando-a uma das mais luminosas e energéticas já registradas”, disse Laskar.
Wen-fai Fong, professor assistente de física e astronomia da Northwestern University, acrescentou: “Esta curta explosão de raios gama foi a primeira vez que tentamos observar um evento desse tipo com o ALMA. foi espetacular ver este evento brilhando tanto. Depois de muitos anos observando essas explosões, esta surpreendente descoberta abre uma nova área de estudo, pois nos motiva a observar muito mais delas com o ALMA e outros conjuntos de telescópios, no futuro.”
Joe Pesce, Diretor do Programa da Fundação Nacional de Ciências do NRAO/ALMA, disse: “Essas observações são fantásticas em muitos níveis. Elas fornecem mais informações para nos ajudar a entender as enigmáticas explosões de raios gama (e a astrofísica de estrelas de nêutrons em geral) quão importantes e complementares observações multi-comprimento de onda com telescópios espaciais e terrestres são na compreensão dos fenômenos astrofísicos.”
E ainda há muito trabalho a ser feito em vários comprimentos de onda, tanto com novos GRBs quanto com GRB 211106A, o que pode revelar surpresas adicionais sobre essas rajadas. “O estudo de GRBs de curta duração requer a rápida coordenação de telescópios em todo o mundo e no espaço, operando em todos os comprimentos de onda”, disse Edo Berger, professor de astronomia da Universidade de Harvard.
“No caso do GRB 211106A, usamos alguns dos telescópios mais poderosos disponíveis – ALMA, Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) da National Science Foundation, Observatório de raios-X Chandra da NASA e o Telescópio Espacial Hubble. agora operacional James Webb Space Telescope (JWST), e futuros telescópios ópticos e de rádio de 20 a 40 metros, como o VLA de próxima geração (ngVLA), seremos capazes de produzir uma imagem completa desses eventos cataclísmicos e estudá-los a distâncias sem precedentes. ”
Laskar acrescentou: “Com o JWST, agora podemos obter um espectro da galáxia hospedeira e saber facilmente a distância e, no futuro, também poderíamos usar o JWST para capturar reflexos infravermelhos e estudar sua composição química. Com o ngVLA, poderemos estudar a estrutura geométrica do pós-brilho e o combustível de formação de estrelas encontrado em seus ambientes hospedeiros em detalhes sem precedentes. Estou animado com essas próximas descobertas em nosso campo.”
Publicado em 09/08/2022 08h12
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