A nova kilonova fez com que os astrônomos repensassem o que sabemos sobre explosões de raios gama

Mais Zoom / Impressão artística de GRB 211211A. Explosão de Kilonova e raio gama à direita.

Aaron M. Geller/Northwestern/Sierra

Há um ano, os astrônomos detectaram uma poderosa explosão de raios gama (GRB) que durou cerca de dois minutos e a batizaram de GRB 211211A. Agora, esse evento incomum derruba a suposição de longa data de que GRBs mais longos são a assinatura de uma estrela massiva em supernova. Em vez disso, duas equipes independentes de cientistas identificaram a fonte como o chamado “quilonovacausada pela fusão de duas estrelas de nêutrons, de acordo com A nova folha Publicado na revista Nature. Como as fusões de estrelas de nêutrons deveriam produzir apenas GRBs curtos, a descoberta de um evento híbrido envolvendo uma kilonova com um longo GBR é surpreendente.

“Esta descoberta quebra nossa ideia padrão de rajadas de raios gama”, disse a co-autora Eve ChaseH, pesquisador de pós-doutorado no Los Alamos National Laboratory. “Não podemos mais presumir que todas as explosões de curta duração vêm de fusões de estrelas de nêutrons, enquanto as de longa duração vêm de supernovas. Agora percebemos que categorizar explosões de raios gama é muito mais difícil. Essa descoberta impulsiona nossa compreensão dos raios gama explode ao extremo”.

como nós somos eu mencionei antesExplosões de raios gama são explosões de energia extremamente alta em galáxias distantes que duram de milissegundos a várias horas. o primeiro rajadas de raios gama Foi notado no final dos anos sessenta, graças ao lançamento villa satélites dos Estados Unidos. Seu objetivo era detectar assinaturas de raios gama de testes de armas nucleares após o Tratado de Proibição de Testes Nucleares de 1963 com a União Soviética. Os Estados Unidos temiam que os soviéticos estivessem realizando testes nucleares secretos, violando o tratado. Em julho de 1967, dois desses satélites captaram um flash de radiação gama que não era claramente uma assinatura de um teste de armas nucleares.

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Apenas dois meses atrás, vários detectores de satélite detectaram um Uma poderosa explosão de raios gama passando por nosso sistema solar, enviando astrônomos ao redor do mundo lutando para direcionar seus telescópios naquela parte do céu para coletar dados vitais sobre o evento e seu brilho posterior. Apelidado de GRB 221009A, foi a explosão de raios gama mais poderosa registrada até hoje e provavelmente o “grito de nascimento” de um novo buraco negro.

Existem dois tipos de rajadas de raios gama: curtas e longas. Os GRBs clássicos de curto período duram menos de 2 segundos e, anteriormente, pensava-se que ocorressem apenas a partir da fusão de dois objetos ultradensos, como estrelas binárias de nêutrons, produzindo uma kilonova acompanhante. GRBs longos podem durar de alguns minutos a várias horas e acredita-se que ocorram quando uma estrela massiva se transforma em supernova.

Sobreposta a uma imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble, esta imagem de Gemini North mostra o brilho residual do infravermelho próximo da kilonova de um longo GRB.
Mais Zoom / Sobreposta a uma imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble, esta imagem de Gemini North mostra o brilho residual do infravermelho próximo da kilonova de um longo GRB.

Observatório Internacional Gemini / NOIRLab / NSF / AURA / NASA / ESA

Os astrônomos dos telescópios Fermi e Swift detectaram simultaneamente a última explosão de raios gama em dezembro passado e determinaram a localização na constelação. botas. Essa identificação rápida permitiu que outros telescópios ao redor do mundo voltassem sua atenção para esse setor, permitindo-lhes capturar uma kilonova em seus estágios iniciais. E foi notavelmente próximo de uma explosão de raios gama: cerca de 1 bilhão de anos-luz da Terra, em comparação com cerca de 6 bilhões de anos para a explosão média de raios gama detectada até agora. (A luz viajou do GRB mais distante até agora registrado por cerca de 13 bilhões de anos.)

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“Era algo que não tínhamos visto antes”, disse o co-autor Simon DiShiara, um astrônomo da Penn State e membro da equipe Swift. “Sabíamos que não estava associado a uma supernova, a morte de uma estrela massiva, porque estava tão perto. Era um tipo de sinal de luz completamente diferente, que associamos a uma quilonova, a explosão causada pela colisão de estrelas de nêutrons”.

Quando duas estrelas binárias de nêutrons começam a girar em sua espiral da morte, elas enviam poderosas ondas gravitacionais e retiram matéria rica em nêutrons uma da outra. Então as estrelas colidem e se fundem, produzindo uma nuvem quente de detritos que brilha com luz de vários comprimentos de onda. São os detritos ricos em nêutrons que os astrônomos acreditam produzir luz quilonova visível e infravermelha – o brilho é mais brilhante no infravermelho do que no espectro visível, uma assinatura característica de tal evento que resulta de elementos pesados ​​no material ejetado bloqueando a luz visível, mas deixando entrar os raios infravermelhos passam.

Quando as estrelas de nêutrons se fundem, elas podem produzir ejeções radioativas que alimentam um sinal de kilonova.  Uma explosão de raios gama observada recentemente acabou indicando um evento híbrido não detectado anteriormente envolvendo uma kilonova.
Mais Zoom / Quando as estrelas de nêutrons se fundem, elas podem produzir ejeções radioativas que alimentam um sinal de kilonova. Uma explosão de raios gama observada recentemente acabou indicando um evento híbrido não detectado anteriormente envolvendo uma kilonova.

Hora de sonhar

Essa assinatura foi revelada pela análise post hoc de GRB211211A. E como o decaimento subsequente de uma fusão de estrelas de nêutrons produz elementos pesados ​​como ouro e platina, os astrônomos agora têm uma nova maneira de estudar como esses elementos pesados ​​se formam em nosso universo.

Vários anos atrás, o falecido astrofísico Neil Grylls Ele sugeriu que explosões de raios gama mais longas poderiam ser produzidas por fusões de estrelas de nêutrons. Parece apropriado que o Observatório Swift da NASA, nomeado em sua homenagem, tenha desempenhado um papel fundamental na descoberta de GRB 211211A e a primeira evidência direta de tal ligação.

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“Esta descoberta é um claro lembrete de que o universo nunca foi totalmente explorado.” disse a co-autora Gillian Rastingad, um Ph.D. Aluno da Northwestern University. “Os astrônomos muitas vezes dão como certo que as origens dos GRBs podem ser determinadas por quanto tempo os GRBs são, mas essa descoberta nos mostra que ainda há muito a entender sobre esses eventos surpreendentes”.

DOI: Natureza, 2022. 10.1038/s41550-022-01819-4 (Sobre DOIs).

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