Em 9 de outubro de 2022, o Observatório Swift em órbita registrou pela primeira vez a explosão de raios gama incomumente brilhante GRB 221009A.
Nos meses seguintes, investigadores de todo o mundo analisaram a origem dos raios gama para reconstruir os detalhes do evento astronómico invulgar e encontrar a sua origem.
A localização da explosão de raios gama GRB 221009A no contexto da Via Láctea. Imagem: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
O que é uma explosão de raios gama?
Explosão de raios gama (GRB)os astrofísicos chamam de explosão de radiação gama de curto prazo, um fluxo de fótons com comprimento de onda extremamente curto (menos de 2⋅10−10 m) e alta energia. Tais eventos astronômicos representam a liberação de enormes quantidades de energia e, via de regra, são registrados em galáxias distantes. Uma explosão de raios gama é um dos eventos mais brilhantes do Universo.
Os pesquisadores descobriram explosões de raios gama relativamenterecentemente: na década de 60 do século passado. Em 1963, a NASA colocou em órbita o satélite militar Vela, equipado com detectores de nêutrons, raios X e raios gama. Ele deveria monitorar o cumprimento, pela URSS e por outros países, do Tratado de Proibição de Testes Nucleares. Os instrumentos do satélite não detectaram testes nucleares, mas descobriram acidentalmente explosões de radiação gama emanando do espaço profundo.
Os pesquisadores distinguem dois tipos de explosões de raios gama,que diferem em duração: curta e longa. A primeira categoria inclui flashes que duram de alguns milissegundos a dois segundos. Acredita-se que a origem de tal evento seja a fusão de duas estrelas de nêutrons para formar uma quilonova ou a absorção de uma estrela de nêutrons por um buraco negro.
O segundo tipo são as longas explosões de raios gama.Eles podem durar de alguns segundos a vários minutos. A hipótese principal sugere que longas explosões de raios gama estão associadas a uma explosão de supernova: o estágio final na evolução de estrelas com 10 ou mais vezes a massa do Sol. Mas em 2022, astrofísicos do Observatório Gemini relataram a descoberta de uma quilonova, formada após a fusão de estrelas de nêutrons, no local da longa explosão de raios gama GRB 211211A registrada um ano antes.
Imagem animada de uma longa explosão de raios gama associada ao colapso de uma estrela massiva. Animação: Goddard Space Flight Center da NASA
O que há de incomum na explosão de raios gama GRB 221009A?
A explosão de raios gama do GRB 221009A durou mais decinco minutos. Isso significa que pertence a explosões longas e está provavelmente associado ao colapso do núcleo de uma estrela massiva em um buraco negro e a uma explosão de supernova. É surpreendente que, desde a primeira observação da explosão de raios gama, os pesquisadores não tenham conseguido confirmar a formação de uma supernova no local da explosão ou encontrar uma fonte alternativa de radiação.
Além disso, o respingo foi tão brilhante quecegou a maioria dos detectores de raios gama baseados no espaço para que não pudessem registrar diretamente a intensidade real da radiação. Os pesquisadores usaram dados coletados pelo Telescópio Fermi e pelo Espectrômetro de Raios Gama Cone para reconstruir essas informações. A análise mostrou que GRB 221009A era 70 vezes mais brilhante do que qualquer outra explosão de raios gama observada.
Comparação entre GRB 221009A e as quatro explosões de raios gama mais poderosas registradas anteriormente. Imagem: Goddard Space Flight Center da NASA e Adam Goldstein (USRA)
Cálculos realizados por astrofísicos do projetoO Integral da Agência Espacial Europeia (ESA) mostra que enquanto durou a explosão, cerca de um gigawatt de energia entrou na atmosfera superior da Terra. Isso é equivalente à potência de uma usina terrestre. O evento foi tão brilhante que ainda hoje a radiação residual de comprimento de onda mais longo, o brilho residual, ainda é visível.
Análise de uma amostra de 7 mil.As explosões de raios gama registradas por Fermi e Cone mostram que essas explosões de raios gama em grande escala deveriam ocorrer mais frequentemente do que uma vez a cada 10.000 anos. "GRB 221009A foi provavelmente a explosão mais brilhante de emissão de raios X e raios gama desde o início da civilização humana", disse Eric Burns, pesquisador da Universidade Estadual de Louisiana, em Baton Rouge.
O brilho residual de GRB 221009A, registrado pelo telescópio Hubble. Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud University); Processamento de imagem: Gladys Kober
O que os astrofísicos aprenderam?
Para reconstruir melhor a história da explosão de raios gama, os pesquisadores usaram instrumentos que detectam radiação eletromagnética em vários comprimentos de onda, desde ondas de rádio até raios gama.
Os primeiros resultados científicos mostram comoOs raios X iluminaram nuvens de poeira na Via Láctea à medida que se espalhavam. Os investigadores calcularam que a radiação viajou através do espaço intergaláctico durante cerca de 1,9 mil milhões de anos antes de entrar na nossa galáxia. Colidiu com a primeira nuvem de poeira na “periferia” da Via Láctea há cerca de 60 mil anos e com a última há cerca de mil anos.
Cada vez que os raios X colidiamjunto com uma nuvem de poeira, eles espalharam parte da radiação, criando anéis concêntricos que pareciam se expandir para fora. O telescópio espacial de raios X da ESA, XMM-Newton, observou estes anéis durante vários dias após a explosão de raios gama. As nuvens próximas formaram os anéis maiores simplesmente porque parecem maiores em perspectiva, explicam os cientistas.
Anéis de poeira de GRB 221009A observados pelo telescópio de raios X. Imagem: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Viajando pela Via Láctea, raios Xiluminou sucessivamente 20 nuvens de poeira de nossa galáxia. A análise da radiação ajudou a calcular, esclarecer a distância até eles e analisar as propriedades das partículas que os compõem.
Ao longo dos anos, os investigadores propuseram uma série devárias teorias que descrevem as propriedades dos grãos de poeira. Os pesquisadores sobrepuseram esses modelos aos dados coletados. Eles descobriram que um modelo que assume que as partículas são compostas principalmente de grafite, uma forma cristalina de carbono, se ajusta melhor às observações.
Fonte misteriosa
Apesar da grande quantidade de dados coletadosPermanece um mistério o que exatamente causou uma explosão de raios gama tão brilhante. Como a principal teoria associa longas explosões de raios gama a uma explosão de supernova, os pesquisadores usaram os Telescópios Espaciais James Webb e Hubble para procurar o início da futura nebulosa. Mas nenhum dos telescópios encontrou nada no local da suposta explosão.
Uma possível razão é queA explosão de raios gama apareceu numa parte do céu apenas alguns graus acima do plano da Via Láctea, onde espessas nuvens de poeira podem obscurecer fortemente a luz que chega. Se assim for, talvez novas observações ajudem a encontrar vestígios de supernovas.
Ilustração dos principais componentes de um longoexplosão de raios gama, o tipo mais comum. O núcleo de uma estrela massiva (esquerda) entrou em colapso, formando um buraco negro que envia um fluxo de partículas que se movem através do material da estrela para o espaço quase à velocidade da luz. As emissões em todo o espectro surgem do gás ionizado quente perto do buraco negro recém-nascido, de colisões entre camadas de gás em movimento rápido dentro do jato (ondas de choque internas) e da borda de ataque do jato à medida que ele se afasta e interage com o ambiente ao seu redor. (choque externo). Imagem: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
Uma hipótese alternativa sugere que a estrelaera tão massivo que após a explosão inicial formou imediatamente um buraco negro, que absorveu todo o material que de outra forma formaria uma nuvem de gás.
Astrofísicos continuam em busca de restos mortaisestrela explodindo. Os pesquisadores estão agora procurando vestígios de elementos pesados, como o ouro, que se acredita serem formados em explosões poderosas associadas ao colapso do núcleo de uma estrela massiva.
Os pesquisadores também observam que é provávelO poder incomum da explosão de raios gama se deve ao fato de que o jato de energia ejetado durante a formação do buraco negro foi direcionado diretamente para a Terra. A análise do brilho residual e da polarização da luz de tal explosão nos ajudará a aprender mais sobre como os jatos se formam.
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Na capa: ilustração artística de uma explosão de raios gama. Imagem: NASA/Swift/Cruz deWilde