Astrônomos estudam explosão misteriosa com telescópios da NASA

Um flash breve e incomum visto no céu noturno em 16 de junho de 2018, intrigou astrônomos e astrofísicos de todo o mundo. O evento – chamado AT2018cow e apelidado de “a Vaca” devido às letras finais coincidentes em seu nome oficial – é diferente de qualquer explosão celestial já vista antes, suscitando múltiplas teorias sobre sua origem.

Durante três dias, a Vaca produziu uma explosão repentina de luz pelo menos 10 vezes mais brilhante do que uma supernova típica, e depois desapareceu nos meses seguintes. Este evento incomum ocorreu dentro ou perto de uma galáxia de formação estelar conhecida como CGCG 137-068, localizada a cerca de 200 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Hércules. A Vaca foi observada pela primeira vez pelo NASA-financiado telescópio Last Alert System de impacto terrestre de asteróides no Havaí.

Então, exatamente o que é a Vaca? Usando dados de múltiplas missões da NASA, incluindo o Observatório Neil Gehrels Swift e o Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), dois grupos estão publicando artigos que fornecem possíveis explicações para as origens da Vaca. Um artigo argumenta que a vaca é um monstro buraco negro destruindo uma estrela passageira. O segundo artigo levanta a hipótese de que se trata de uma supernova – uma explosão estelar – que deu origem a um buraco negro ou a uma Estrêla de Neutróns.

Pesquisadores de ambas as equipes compartilharam suas interpretações em um painel de discussão na quinta-feira, 10 de janeiro, na 233ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Seattle.

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Veja o que os cientistas acham que acontece quando um buraco negro destrói uma superfície quente e densa anã branca estrela. Uma equipe que trabalha com observações do Observatório Neil Gehrels Swift da NASA sugere que este processo explica uma explosão misteriosa conhecida como AT2018cow, ou “a Vaca”.

Um buraco negro destruindo uma estrela compacta?

Uma explicação potencial para a Vaca é que uma estrela foi destruída no que os astrónomos chamam de “evento de perturbação das marés”. Assim como a gravidade da Lua faz com que os oceanos da Terra aumentem, criando marés, um buraco negro tem um efeito semelhante, mas mais poderoso, sobre uma estrela que se aproxima, acabando por dividi-la numa corrente de gás. A cauda do fluxo de gás é lançada para fora do sistema, mas a borda principal gira em torno do buraco negro, colide consigo mesma e cria uma nuvem elíptica de material. De acordo com uma equipa de investigação que utilizou dados que vão desde a radiação infravermelha até aos raios gama do Swift e de outros observatórios, esta transformação explica melhor o comportamento da Vaca.

AT2018cow entrou em erupção em ou perto de uma galáxia conhecida como CGCG 137-068, que está localizada a cerca de 200 milhões de anos-luz de distância da Terra, na constelação de Hércules. A cruz amarela mostra a localização desta explosão intrigante. Crédito: Sloan Digital Sky Survey

“Nunca vimos nada exatamente parecido com a vaca, o que é muito emocionante”, disse Amy Lien, pesquisadora assistente da Universidade de Maryland, no condado de Baltimore e do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Achamos que uma perturbação das marés criou uma explosão de luz rápida e realmente incomum no início do evento e explica melhor as observações de múltiplos comprimentos de onda do Swift à medida que desaparecia nos meses seguintes.”

Lien e os seus colegas pensam que a estrela fragmentada era uma anã branca – um remanescente estelar quente, aproximadamente do tamanho da Terra, que marca o estado final de estrelas como o nosso Sol. Eles também calcularam que a massa do buraco negro varia de 100.000 a 1 milhão de vezes a do Sol, quase tão grande quanto o buraco negro central da sua galáxia hospedeira. É incomum ver buracos negros desta escala fora do centro de uma galáxia, mas é possível que a Vaca tenha ocorrido numa galáxia satélite próxima ou num aglomerado estelar globular cujas populações estelares mais antigas poderiam ter uma proporção maior de anãs brancas do que as galáxias médias.

Um artigo descrevendo as descobertas, de coautoria de Lien, aparecerá em uma edição futura da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“A Vaca produziu uma grande nuvem de detritos em muito pouco tempo”, disse o principal autor do estudo, Paul Kuin, astrofísico da University College London (UCL). “Destruir uma estrela maior para produzir uma nuvem como esta exigiria um buraco negro maior, resultaria num aumento mais lento do brilho e levaria mais tempo para os detritos serem consumidos.”

Ou uma nova visão de uma supernova?

Uma equipe diferente de cientistas conseguiu coletar dados sobre a Vaca em uma faixa ainda mais ampla de comprimentos de onda, abrangendo desde ondas de rádio até raios gama. Com base nessas observações, a equipe sugere que uma supernova poderia ser a fonte da Vaca. Quando uma estrela massiva morre, ela explode como uma supernova e deixa para trás um buraco negro ou um objeto incrivelmente denso chamado estrela de nêutrons. A Vaca poderia representar o nascimento de um desses remanescentes estelares.

Os astrónomos que utilizaram observatórios terrestres captaram a progressão de um evento cósmico apelidado de “a Vaca”, como pode ser visto nestas três imagens. Esquerda: O Sloan Digital Sky Survey no Novo México observou a galáxia hospedeira Z 137-068 em 2003, sem que a Vaca estivesse à vista. (O círculo verde indica o local onde a Vaca apareceu). Centro: O Telescópio Liverpool, nas Ilhas Canárias, em Espanha, viu a Vaca muito perto do pico de brilho do evento em 20 de junho de 2018, quando era muito mais brilhante do que a galáxia hospedeira. À direita: O Telescópio William Herschel, também nas Ilhas Canárias, capturou uma imagem de alta resolução da Vaca quase um mês depois de atingir o brilho máximo, à medida que desaparecia e a galáxia hospedeira voltava à vista. Crédito: Daniel Perley, Liverpool John Moores University

“Vimos na Vaca características que nunca tínhamos visto antes num objeto transitório ou em rápida mudança”, disse Raffaella Margutti, astrofísica do Universidade do Noroeste em Evanston, Illinois, e autor principal de um estudo sobre a vaca a ser publicado no The Jornal Astrofísico. “Nossa equipe usou dados de raios X de alta energia para mostrar que a Vaca tem características semelhantes a um corpo compacto, como um buraco negro ou uma estrela de nêutrons que consome material. Mas com base no que vimos noutros comprimentos de onda, pensamos que este foi um caso especial e que podemos ter observado – pela primeira vez – a criação de um corpo compacto em tempo real.”

A equipe de Margutti analisou dados de vários observatórios, incluindo o NuSTAR da NASA, o da ESA (o Agência Espacial Europeia's) satélites XMM-Newton e INTEGRAL, e Very Large Array da National Science Foundation. A equipe propõe que o brilhante flash óptico e ultravioleta da Cow sinalizou uma supernova e que as emissões de raios X que se seguiram logo após a explosão surgiram do gás que irradiava energia ao cair sobre um objeto compacto.

Normalmente, a nuvem de detritos em expansão de uma supernova bloqueia qualquer luz do objeto compacto no centro da explosão. Devido às emissões de raios X, Margutti e os seus colegas sugerem que a estrela original neste cenário pode ter tido uma massa relativamente baixa, produzindo uma nuvem de detritos comparativamente mais fina através da qual os raios X da fonte central poderiam escapar.

“Se estivermos vendo o nascimento de um objeto compacto em tempo real, este poderia ser o início de um novo capítulo na nossa compreensão da evolução estelar”, disse Brian Grefenstette, cientista do instrumento NuSTAR na Caltech e co-autor do estudo de Margutti. papel. “Observamos este objeto com muitos observatórios diferentes e, claro, quanto mais janelas você abre para um objeto, mais você pode aprender sobre ele. Mas, como estamos vendo com a Vaca, isso não significa necessariamente que a solução será simples.”

NuSTAR é uma missão Small Explorer liderada pela Caltech e gerenciada por JPL para a Diretoria de Missões Científicas da NASA em Washington. O NuSTAR foi desenvolvido em parceria com a Universidade Técnica Dinamarquesa e a Agência Espacial Italiana (ASI). A espaçonave foi construída pela Orbital Sciences Corporation em Dulles, Virgínia. O centro de operações da missão NuSTAR está na UC Berkeley, e o arquivo oficial de dados está no Centro de Pesquisa de Arquivos Científicos de Astrofísica de Alta Energia da NASA. ASI fornece a estação terrestre da missão e um arquivo espelhado. O JPL é gerenciado pela Caltech para a NASA.

O Goddard Space Flight Center da NASA gerencia a missão Swift em colaboração com a Penn State em University Park, o Laboratório Nacional de Los Alamos no Novo México e a Northrop Grumman Innovation Systems em Dulles, Virgínia. Outros parceiros incluem a Universidade de Leicester e o Laboratório de Ciências Espaciais Mullard da University College London, no Reino Unido, o Observatório Brera e a ASI.

Referências:

• “Espectros rápidos de AT2018cow: um evento de interrupção das marés da anã branca?” por N. Paul M. Kuin, Kinwah Wu, Samantha Oates, Amy Lien, Sam Emery, Jamie Kennea, Massimiliano de Pasquale, Qin Han, Peter J. Brown, Aaron Tohuvavohu, Alice Breeveld, David N. Burrows, S. Bradley Cenko , Sergio Campana, Andrew Levan, Craig Markwardt, Julian P. Osborne, Mat J. Page, Kim L. Page, Boris Sbarufatti, Michael Siegel e Eleonora Troja, 26 de agosto de 2018, arXiv.
  DOI: 10.48550/arXiv.1808.08492
• “Uma fonte de raios X incorporada brilha através da vaca asférica AT2018: revelando o funcionamento interno dos transientes ópticos de rápida evolução mais luminosos” por Raffaella Margutti, BD Metzger, R. Chornock, I. Vurm, N. Roth, BW Grefenstette, V Savchenko, R. Cartier, JF Steiner, G. Terreran, G. Migliori, D. Milisavljevic, KD Alexander, M. Bietenholz, PK Blanchard, E. Bozzo, D. Brethauer, IV Chilingarian, DL Coppejans, L. Ducci, C. Ferrigno, W. Fong, D. GÖtz, C. Guidorzi, A. Hajela, K. Hurley, E. Kuulkers, P. Laurent, S. Mereghetti, M. Nicholl, D. Patnaude, P. Ubertini, J. Banovetz, N. Bartel, E. Berger, ER Coughlin, T. Eftekhari, DD Frederiks, AV Kozlova, T. Laskar, DS Svinkin, MR Drout e A. Macfadyen, K. Paterson, 26 de outubro de 2018, arXiv.
  DOI: 10.48550/arXiv.1810.10720