A modelagem questiona a origem da supernova, forçando uma reconsideração da visão predominante dos eventos de explosão de raios gama.
A visão padrão de rajadas de raios gama como uma assinatura para diferentes tipos de estrelas moribundas pode precisar de uma reescrita. Observações astronômicas recentes, apoiadas por modelagem teórica, revelam uma nova impressão digital observacional de fusões de estrelas de nêutrons, que pode lançar luz sobre a produção de elementos pesados em todo o universo.
“Os astrônomos há muito acreditam que as explosões de raios gama se enquadram em duas categorias: explosões de longa duração de estrelas em implosão e explosões de curta duração da fusão de objetos estelares compactos”, disse Chris Fryer, astrofísico e pesquisador de laboratório do Departamento de Energia dos EUA em Los Laboratório Nacional Álamos. Fryer é coautor e líder da equipe de modelagem em um artigo sobre o fenômeno publicado hoje (7 de dezembro) na revista Nature. “Mas em um evento observado recentemente, encontramos uma kilonova junto com uma explosão de raios gama de longa duração, e isso mudou essa imagem simples.”
Hipernovas/supernovas são objetos transitórios de luz visível produzidos nessas explosões de objetos em implosão, enquanto kilonovas são transientes de luz visível produzidos pela fusão de objetos compactos onde pelo menos um é uma estrela de nêutrons. Explosões de raios gama podem acompanhar ambos os tipos de transientes. As supernovas são produzidas quando uma estrela massiva explode; apenas um pequeno subconjunto de supernovas surge do mecanismo de explosão que produz rajadas de raios gama.
O longo e o curto das rajadas de raios gama
GRBs de longa duração (mais de dois segundos) são normalmente associados a supernovas, enquanto GRBs de curta duração (menos de dois segundos) são comumente associados a fusões de estrelas de nêutrons. Essas várias formas de emissão eletromagnética observável são todas conhecidas como transientes. As fusões de estrelas de nêutrons formam alguns dos elementos mais pesados – aqueles além do ferro na tabela periódica.
Em 11 de dezembro de 2021, vários observatórios e satélites registraram uma explosão de raios gama muito brilhante de 50 segundos e emissões ópticas, infravermelhas e de raios-x associadas à explosão. Essa longa explosão estava relativamente próxima – a cerca de um bilhão de anos-luz de distância em uma galáxia diferente da Via Láctea – mas suas características de emissão não se encaixavam no perfil de eventos de longa explosão. Em vez disso, as evidências apontaram para uma fusão de objetos compactos em um evento híbrido teorizado, mas não observado anteriormente, que produz uma kilonova, mas emite uma explosão de raios gama de longa duração.
“Nossa equipe de modelagem em Los Alamos comparou a observação com um conjunto de simulações de supernova e quilonova, e não conseguimos combinar o sinal de forma convincente com um modelo de supernova, enquanto vários modelos de quilonova fornecem uma boa combinação dos pontos de dados ópticos e infravermelhos,” disse Ryan Wollaeger, coautor do artigo e membro da equipe de modelos de Los Alamos. “No entanto, ainda há mais modelagem teórica a ser feita para entender completamente esse transiente.”
Desafiando o entendimento padrão
“Essa detecção quebra nossa ideia padrão de rajadas de raios gama”, disse Eve Chase, também coautora do artigo, pós-doutoranda em Los Alamos e membro da equipe de Los Alamos. “Não podemos mais assumir que todas as rajadas de curta duração vêm de fusões de estrelas de nêutrons, enquanto as rajadas de longa duração vêm de supernovas. Agora percebemos que as explosões de raios gama são muito mais difíceis de classificar. Essa detecção leva nossa compreensão das explosões de raios gama ao limite”.
A observação, apelidada de GRB211211A, fornece a primeira evidência direta de um evento híbrido. Observações de ondas gravitacionais confirmariam a natureza de GRB211211A, mas, infelizmente, detectores de ondas gravitacionais sensíveis como o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) não estavam operando no momento desta detecção.
Embora a rajada de longa duração desafie a compreensão aceita dos modelos compactos de fusão binária, disse Fryer, uma fusão explica todas as outras características observadas do GRB211211A.
Fryer e seu Ph.D. O consultor Stan Woosley cunhou e desenvolveu em 1999 o amplamente aceito paradigma de disco de acreção de buraco negro como a explicação mais simples para as duas classes de eventos de explosão de raios gama. Sob esse paradigma, a fusão de objetos compactos, com seus halos de material atraído gravitacionalmente (discos de acreção), produziria rajadas de raios gama de curta duração. O colapso de estrelas massivas em supernovas, com discos de acreção de vida mais longa, produziria rajadas mais longas. Um conjunto crescente de observações apoiou essas duas classes e os tipos de objetos estelares associados a elas, disse Fryer.
Publicado em 13/12/2022 09h46
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