Em 26 de agosto de 2020, o Telescópio Espacial Fermi Gamma Ray da NASA detectou um pulso de radiação de alta energia que corre em direção à Terra por quase metade da vida do universo atual. Com duração de apenas um segundo, acabou se tornando um dos livros dos recordes – a menor explosão de raios gama (GRB) causada pela morte de uma estrela massiva já vista.

GRBs são os eventos mais poderosos do universo e podem ser detectados em bilhões de anos-luz. Os astrônomos classificam como longo ou curto com base no fato de o evento durar mais de dois segundos ou menos. Eles observaram longas explosões associadas ao desaparecimento de estrelas massivas, enquanto as curtas foram associadas a um cenário diferente.

Os astrônomos coletaram dados do Telescópio Espacial Fermi Gamma Ray da NASA, outras missões espaciais e observatórios terrestres para revelar a origem do GRB 200826A, uma explosão curta mas poderosa de radiação. É a menor explosão conhecida por ser alimentada por uma estrela em colapso – e quase nunca aconteceu. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA

“Já sabíamos que alguns GRBs de estrelas massivas podiam ser registrados como GRBs curtos, mas pensamos que isso se devia a limitações mecânicas”, disse Bin-bin Zhang, da Universidade de Nanjing na China e da Universidade de Nevada em Las Vegas. “Esta explosão é especial porque é definitivamente um GRB de curta duração, mas suas outras características apontam para sua origem a partir de uma estrela em colapso. Agora sabemos que estrelas moribundas podem produzir explosões curtas também.”

A erupção foi batizada de GRB 200826A, após sua data de ocorrência, e é assunto de dois artigos publicados na Nature Astronomy nesta segunda-feira, 26 de julho. O primeiro, liderado por Zhang, explora dados de raios gama. O segundo, liderado por Thomas Ahomada, um estudante de doutorado da Universidade de Maryland, College Park e Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, descreve o desbotamento dos vários comprimentos de onda das auroras GRB e a luz emergente da supernova que se seguiu explosão.

“Achamos que este evento foi efetivamente um fracasso, um evento que estava perto de acontecer”, disse Ahumada. “No entanto, a explosão liberou 14 milhões de vezes mais energia do que toda a Via Láctea durante o mesmo período, tornando-o um dos GRBs de curto alcance mais ativos de todos os tempos.”

Quando uma estrela muito maior do que o Sol fica sem combustível, seu núcleo repentinamente entra em colapso e forma um buraco negro. À medida que a matéria gira em direção ao buraco negro, parte dela escapa na forma de dois poderosos jatos correndo para fora quase na velocidade da luz em direções opostas. Os astrônomos só detectam um GRB quando um desses jatos aponta quase diretamente para a Terra.

Cada jato passa pela estrela, produzindo um pulso de raios gama – a forma de luz de mais alta energia – que pode durar até minutos. Após a explosão, a estrela quebrada rapidamente se expande em uma supernova.

Por outro lado, GRBs curtos se formam quando pares de objetos compactos – como estrelas de nêutrons, que também se formam durante o colapso estelar – colidem internamente ao longo de bilhões de anos. Recentemente, as observações de Fermi ajudaram a mostrar que, em galáxias próximas, explosões gigantes de estrelas de nêutrons isoladas e estrelas supermagnéticas também estão se mascarando como explosões curtas de raios gama.

GRB 200826A foi uma explosão brusca de altas emissões de energia que durou apenas 0,65 segundos. Depois de viajar por vários éons através do universo em expansão, o sinal se estendeu por cerca de um segundo quando foi detectado pelo instrumento Fermi observando a explosão de raios gama. O evento também foi apresentado em instrumentos a bordo da missão Wind da NASA, que orbita um ponto entre a Terra e o Sol a cerca de 930.000 milhas (1,5 milhão de quilômetros) de distância, e Mars Odyssey, que orbita o planeta vermelho desde 2001. ESA (European Space Continuity) ) O satélite INTEGRAL da agência também explodiu.

Todas essas missões participam de um sistema de posicionamento GRB denominado Rede Planetária Internacional (IPN), para o qual o Projeto Fermi fornece todo o financiamento dos Estados Unidos. Uma vez que o respingo atinge cada detector em momentos ligeiramente diferentes, qualquer par deles pode ser usado para ajudar a identificar onde ele ocorre no céu. Cerca de 17 horas após o GRB, o IPN estreitou sua posição para um pedaço relativamente pequeno de céu na constelação de Andrômeda.

Usando o Zwicky Transit Facility (ZTF), financiado pela National Science Foundation, no Observatório Palomar, a equipe examinou o céu em busca de mudanças na luz visível que poderiam estar ligadas ao desvanecimento das auroras GRB.

GRB 200826Uma imagem de aurora desbotada (centro) detectada. Crédito: ZTF e T. Ahumada et al. , 2021

“Fazer essa pesquisa é como tentar encontrar uma agulha em um palheiro, mas o IPN ajuda a reduzir o palheiro”, disse Shreya Anand, uma estudante de graduação na Caltech e co-autora do artigo Twilight. “Dos mais de 28.000 alertas ZTF na primeira noite, apenas um atendeu a todos os nossos critérios de pesquisa e também apareceu na região do céu definida pelo IPN.”

Um dia após a explosão, o Observatório Neil Gehrells Swift da NASA detectou uma emissão de raios-X fraca no mesmo local. Dois dias depois, uma emissão de rádio variável foi detectada pelo Karl Jansky Very Large Array do National Astronomy Radio Observatory no Novo México. A equipe então começou a observar a aurora com uma variedade de instalações terrestres.

Ao observar a fraca galáxia associada à explosão usando o Gran Telescopio Canarias, um telescópio de 10,4 metros no Observatório Roque de los Muchachos em La Palma nas Ilhas Canárias, a equipe mostrou que sua luz leva 6,6 bilhões de anos para chegar até nós. Isso representa 48% da idade atual do universo de 13,8 bilhões de anos.

Mas para provar que essa curta explosão veio do colapso de uma estrela, os pesquisadores também precisaram capturar a supernova emergente.

“Se a explosão foi causada pelo colapso de uma estrela, assim que a aurora subsequente desaparecer, ela deverá acender novamente devido à explosão da supernova primária”, disse Leo Singer, astrofísico de Goddard e consultor de pesquisas da Ahumada. “Mas a essas distâncias, você precisa de um telescópio muito grande e muito sensível para capturar o ponto de luz da supernova do brilho de fundo da galáxia hospedeira.”

Para conduzir a pesquisa, Singer recebeu um tempo no Gemini North Telescope de 8,1 metros no Havaí e usando um instrumento sensível chamado Gemini Multi-Object Spectrometer. Os astrônomos fotografaram a galáxia hospedeira em luz vermelha e infravermelha começando 28 dias após a explosão, repetindo a pesquisa 45 e 80 dias após o evento. Eles detectaram uma fonte de infravermelho próximo – uma supernova – no primeiro conjunto de observações que não pode ser vista nas observações subsequentes.

Os pesquisadores acreditam que esta explosão foi impulsionada por jatos que mal saíram da estrela antes de se fecharem, ao invés do caso mais comum em que jatos de longa duração irrompem da estrela e viajam por longas distâncias a partir dela. Se o buraco negro emitiu jatos mais fracos, ou se a estrela era muito maior quando começou a entrar em colapso, pode não ter havido nenhum GRB.

Essa descoberta ajuda a resolver um mistério antigo. Embora GRBs longos devam estar associados a supernovas, os astrônomos descobrem um número muito maior de supernovas do que de supernovas. Essa discrepância persiste mesmo depois de explicar o fato de que os GRBs devem chegar perto de nossa linha de visão para que os astrônomos possam detectá-los.

Os pesquisadores concluíram que estrelas em colapso que produzem GRBs curtos devem ser estados periféricos oscilando na velocidade da luz à beira do sucesso ou do fracasso, uma conclusão consistente com a ideia de que a maioria das estrelas massivas morrem sem produzir jatos e GRBs. De forma mais ampla, este resultado demonstra claramente que a duração do burst por si só não indica exclusivamente sua fonte.

Referências:

“Uma estranha explosão de raios gama de curta duração como resultado do colapso do núcleo de uma estrela massiva” por B.-B. Chang, Z.-K. Liu, Z.-K. Bing, Y. Lee, H.-C. Lu, J .; Yang, Y.-S. Yang, Y.-H. Yang, Y.-Z. Meng, c. Zou, H.-Y. Sim, X.-G. Wang, J.-R. Mao, X.-H. Chow, c. Bay, A. G .; Castro; Tirado, Y.-D. He, Z.-G. Dia, E .; Liang and B. Zhang, 26 de julho de 2021, disponível aqui. astronomia natural.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01395-z

“Descoberta e confirmação do menor raio gama estourado desde o colapso” por Thomas Ahomada, Leo B. Cantora, Shreya Anand, Michael W. Coughlin, Mansi M. , Harsh Kumar, Peter TH Pang, Eric Burns, Virginia Cunningham, Simone Dichiara, Tim Dietrich, Dimitri S. Svenkin, Moza Mwala, Alberto J. Astro-Tirado, Keshalai D., Rachel Dunwoody, Pradeep Jatkin, Erica Hammerstein, Shabnam Iani, Joseph Mangan, Dan Burley, Sonalika Burkayasta, Eric Belm, Varun Bhalerau, Bryce Bolin, Mattia Paula, Christopher Canella, Poonam Chandra, Dmitri A. Dove, Dmitri Fredericks, Avishai Gal Yam, Matthew Graham, Anna Y Qiu Ho, Kevin Hurley, Viraj Karampilkar, Eric C. Cole, SR Kulkarni, Ashish Mahabal, Frank Massey, Sheila McBrain, Shashi B Pandey, Simeon Riosch, Anna Rednaya, Philip Rosnett, Benjamin Rusholme, Anna Sagues Carracedo, Roger Smith, Mayan Somaniak, Robert Stein, Eleonora Troga, Anastasia Tsvetkova, Richard Walters A Azmeh Valev, 26 de julho de 2021, astronomia natural.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01428-7

O Fermi Gamma Ray Space Telescope é uma parceria em astrofísica e física de partículas operada pelo Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. O Fermi foi desenvolvido em colaboração com o Departamento de Energia dos Estados Unidos, com importantes contribuições de instituições acadêmicas e parceiros da França, Alemanha, Itália, Japão, Suécia e Estados Unidos.