HUBBLE DA NASA VÊ BRILHO INEXPLICÁVEL EM UMA EXPLOSÃO COLOSSAL

Há muito tempo e em todo o universo, uma enorme explosão de raios gama liberou mais energia em meio segundo do que o Sol produziria durante sua vida inteira de 10 bilhões de anos. Em maio de 2020, a luz do flash finalmente chegou à Terra e foi detectada pela primeira vez pelo Observatório Neil Gehrels Swift da NASA. Os cientistas rapidamente alistaram outros telescópios – incluindo o Telescópio Espacial Hubble da NASA, o observatório de rádio Very Large Array, o Observatório WM Keck e a rede de Telescópios Globais do Observatório Las Cumbres – para estudar as consequências da explosão e a galáxia hospedeira. Foi o Hubble que deu a surpresa.

Com base em observações de raios-X e rádio de outros observatórios, os astrônomos ficaram perplexos com o que viram com o Hubble: a emissão no infravermelho próximo foi 10 vezes mais brilhante do que o previsto. Esses resultados desafiam as teorias convencionais sobre o que acontece depois de uma curta explosão de raios gama. Uma possibilidade é que as observações apontem para o nascimento de uma estrela de nêutrons massiva e altamente magnetizada chamada magnetar.

“Essas observações não se encaixam nas explicações tradicionais para rajadas curtas de raios gama”, disse o líder do estudo Wen-fai Fong, da Northwestern University em Evanston, Illinois. “Dado o que sabemos sobre o rádio e os raios X desta explosão, simplesmente não corresponde. A emissão de infravermelho próximo que encontramos com o Hubble é muito brilhante. Em termos de tentar encaixar as peças do quebra-cabeça dessa explosão de raios gama, uma peça do quebra-cabeça não está se encaixando corretamente. ”

Sem o Hubble, a explosão de raios gama teria aparecido como muitas outras, e Fong e sua equipe não teriam sabido sobre o comportamento estranho do infravermelho. “É incrível para mim que depois de 10 anos estudando o mesmo tipo de fenômeno, possamos descobrir um comportamento sem precedentes como esse”, disse Fong. “Isso apenas revela a diversidade de explosões que o universo é capaz de produzir, o que é muito emocionante.”

Light Fantastic

Os intensos flashes de raios gama dessas explosões parecem vir de jatos de material que se movem muito perto da velocidade da luz. Os jatos não contêm muita massa – talvez um milionésimo da massa do Sol – mas, como se movem muito rápido, liberam uma quantidade enorme de energia em todos os comprimentos de onda da luz. Esta explosão de raios gama em particular foi um dos raros casos em que os cientistas foram capazes de detectar luz em todo o espectro eletromagnético.

“Conforme os dados chegavam, estávamos formando uma imagem do mecanismo que estava produzindo a luz que estávamos vendo”, disse o co-investigador do estudo, Tanmoy Laskar, da Universidade de Bath, no Reino Unido. “Conforme obtivemos as observações do Hubble, tivemos que mudar completamente nosso processo de pensamento, porque as informações que Hubble adicionou nos fizeram perceber que tínhamos que descartar nosso pensamento convencional e que havia um novo fenômeno acontecendo. Então, tivemos que descobrir descobrir o que isso significou para a física por trás dessas explosões extremamente energéticas. ”

Explosões de raios gama – os eventos mais enérgicos e explosivos conhecidos – vivem rápido e morrem muito. Eles são divididos em duas classes com base na duração de seus raios gama.

Se a emissão de raios gama for maior que dois segundos, é chamada de explosão longa de raios gama. Este evento é conhecido por resultar diretamente do colapso do núcleo de uma estrela massiva. Os cientistas esperam que uma supernova acompanhe esse tipo de explosão mais longa.

Se a emissão de raios gama durar menos de dois segundos, é considerada uma curta explosão. Acredita-se que isso seja causado pela fusão de duas estrelas de nêutrons, objetos extremamente densos em torno da massa do Sol comprimida no volume de uma cidade. Uma estrela de nêutrons é tão densa que, na Terra, uma colher de chá pesaria um bilhão de toneladas! Acredita-se geralmente que a fusão de duas estrelas de nêutrons produz um buraco negro.

As fusões de estrelas de nêutrons são muito raras, mas extremamente importantes porque os cientistas pensam que elas são uma das principais fontes de elementos pesados ​​no universo, como ouro e urânio.

Acompanhando uma curta explosão de raios gama, os cientistas esperam ver uma “kilonova” cujo brilho máximo atinge normalmente 1.000 vezes o de uma nova clássica. Quilonovas são um brilho óptico e infravermelho da decadência radioativa de elementos pesados ​​e são exclusivas da fusão de duas estrelas de nêutrons, ou a fusão de uma estrela de nêutrons com um pequeno buraco negro.

Monstro magnético?

Fong e sua equipe discutiram várias possibilidades para explicar o brilho incomum que o Hubble viu. Embora a maioria das explosões de raios gama provavelmente resulte em um buraco negro, as duas estrelas de nêutrons que se fundiram neste caso podem ter se combinado para formar um magnetar, uma estrela de nêutrons supermassiva com um campo magnético muito poderoso.

“Basicamente, você tem essas linhas de campo magnético ancoradas na estrela que estão girando cerca de mil vezes por segundo e isso produz um vento magnetizado”, explicou Laskar. “Essas linhas de campo giratórias extraem a energia rotacional da estrela de nêutrons formada na fusão e depositam essa energia no material ejetado da explosão, fazendo com que o material brilhe ainda mais.”

Se o brilho extra veio de um magnetar que depositou energia no material kilonova, então dentro de alguns anos, a equipe espera que o material ejetado da explosão produza luz que aparece em comprimentos de onda de rádio. Observações de rádio de acompanhamento podem, em última análise, provar que se tratava de um magnetar, e isso pode explicar a origem de tais objetos.

“Com sua incrível sensibilidade em comprimentos de onda próximos ao infravermelho, o Hubble realmente selou o acordo com esta explosão”, explicou Fong. “Surpreendentemente, o Hubble foi capaz de obter uma imagem apenas três dias após a explosão. Por meio de uma série de imagens posteriores, o Hubble mostrou que uma fonte desbotada após a explosão. Isso é o oposto de uma fonte estática que permanece inalterada. Com essas observações, sabíamos que não apenas capturamos a fonte, mas também descobrimos algo extremamente brilhante e muito incomum. A resolução angular do Hubble também foi fundamental para localizar a posição da explosão e medir com precisão a luz proveniente da fusão. ”

O próximo James Webb Space Telescope da NASA é particularmente adequado para este tipo de observação. “Webb revolucionará completamente o estudo de eventos semelhantes”, disse Edo Berger, da Universidade Harvard em Cambridge, Massachusetts, e principal investigador do programa Hubble. “Com sua incrível sensibilidade ao infravermelho, ele não apenas detectará tal emissão em distâncias ainda maiores, mas também fornecerá informações espectroscópicas detalhadas que resolverão a natureza da emissão infravermelha.”

As descobertas da equipe aparecem na próxima edição do The Astrophysical Journal .

O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio. O Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore, Maryland, conduz as operações científicas do Hubble. O STScI é operado para a NASA pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, em Washington, DC