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Impressão artística de GRB 211211A. Os cientistas associaram esta explosão incomum de raios gama de uma galáxia próxima a uma fusão de estrelas de nêutrons. Crédito: Soheb Mandhai @TheAstroPhoenix
Uma explosão de raios gama invulgarmente poderosa (GRB 211211A), detetada numa galáxia próxima, foi associada a uma fusão de estrelas de neutrões por uma equipa internacional de cientistas. Esta explosão, notável pelo seu excesso de luz infravermelha, originou-se de uma quilonova, um evento que se pensa ocorrer quando estrelas de neutrões colidem.
Os cientistas ligaram uma explosão altamente incomum de luz de alta energia de uma galáxia próxima a um Estrêla de Neutróns fusão.
O evento, detectado em dezembro de 2021 por NASAO Observatório Neil Gehrels Swift e o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, foi uma explosão de raios gama – uma explosão imensamente energética que pode durar de alguns milissegundos a várias horas.
Esta explosão de raios gama, identificada como GRB 211211A, persistiu durante aproximadamente um minuto – uma explosão relativamente longa, que normalmente sinalizaria o colapso de uma estrela massiva numa supernova. Mas este evento continha um excesso de luz infravermelha e foi muito mais ténue e desvaneceu-se mais rapidamente do que uma supernova clássica, sugerindo que algo diferente estava a acontecer.
Novas descobertas e estudo
Em um estudo recente, publicado na revista Natureza, uma equipe internacional de cientistas mostrou que a luz infravermelha detectada na explosão veio de uma quilonova. Este é um evento raro, pensado para ser gerado como estrelas de nêutrons, ou uma estrela de nêutrons e um buraco negro colidem, produzindo elementos pesados como ouro e platina. Até agora, estes eventos, chamados quilonovas, só foram associados a explosões de raios gama com duração inferior a dois segundos.
O trabalho foi liderado por Jillian Rastinejad em Universidade do Noroeste nos EUA junto com físicos do Universidade de Birmingham e a Universidade de Leicester, no Reino Unido, e a Universidade Radboud, na Holanda.
Implicações das descobertas
Dr. Matt Nicholl, professor associado da Universidade de Birmingham, modelou a emissão de quilonova. “Descobrimos que este evento produziu cerca de 1.000 vezes a massa da Terra em elementos muito pesados. Isto apoia a ideia de que estas quilonovas são as principais fábricas de ouro do Universo”, afirmou.
Embora se suspeite que até 10% das longas explosões de raios gama sejam causadas pela fusão de estrelas de nêutrons ou estrelas de nêutrons e buracos negros, nenhuma evidência sólida – na forma de quilonovas – havia sido identificada anteriormente.
Gavin Lamb, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Leicester, explicou: “Uma explosão de raios gama é seguida por um brilho residual que pode durar vários dias. Estes brilhos residuais comportam-se de uma forma muito característica e, ao modelá-los, podemos expor quaisquer componentes de emissão extra, como uma supernova ou uma quilonova.”
Significado de GRB 211211A
A quilonova produzida por GRB 211211A é a mais próxima de ter sido descoberta sem ondas gravitacionais e tem implicações emocionantes para a próxima corrida de observação de ondas gravitacionais, começando em 2023. Sua proximidade em uma galáxia vizinha a apenas 1 bilhão de anos-luz de distância deu aos cientistas a oportunidade de estudar as propriedades da fusão com detalhes sem precedentes.
Um artigo relacionado da mesma colaboração em Astronomia da Naturezaliderado pelo Dr. Benjamin Gompertz, professor assistente da Universidade de Birmingham, descreve algumas dessas propriedades.
Insights obtidos com GRB 211211A
Em particular, a equipa identificou como o jato de eletrões de alta energia, viajando quase à velocidade da luz e causando a explosão de raios gama, mudou com o tempo. Foi demonstrado que o resfriamento deste jato é responsável pela emissão de GRB de longa duração.
No artigo, a equipe também descreveu como a observação atenta de GRB 211211A pode oferecer insights fascinantes sobre outras explosões de raios gama anteriormente inexplicáveis, que pareciam não se enquadrar nas interpretações padrão.
Dr. Gompertz disse: “Este foi um GRB notável. Não esperamos que as fusões durem mais do que dois segundos. De alguma forma, este alimentou um jato por quase um minuto inteiro. É possível que o comportamento possa ser explicado por uma estrela de nêutrons de longa duração, mas não podemos descartar que o que vimos foi uma estrela de nêutrons sendo destruída por um buraco negro.
“Estudar mais desses eventos nos ajudará a determinar qual é a resposta correta e as informações detalhadas que obtivemos do GRB 211211A serão inestimáveis para esta interpretação.”
Referência: “O caso de uma explosão de raios gama acionada por fusão de um minuto a partir da emissão síncrotron de resfriamento rápido” por Benjamin P. Gompertz, Maria Edvige Ravasio, Matt Nicholl, Andrew J. Levan, Brian D. Metzger, Samantha R. Oates, Gavin P. Lamb, Wen-fai Fong, Daniele B. Malesani, Jillian C. Rastinejad, Nial R. Tanvir, Philip A. Evans, Peter G. Jonker, Kim L. Page e Asaf Pe'er, 7 de dezembro de 2022 , Astronomia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41550-022-01819-4
O trabalho foi financiado pelo Conselho Europeu de Investigação no âmbito do projeto KilonovaRank, que aproveita o poder do Big Data na investigação de grandes eventos cósmicos.