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Astrônomos registram raríssima explosão do tipo kilonova

Fenômeno que liberou mais energia em segundos do que o Sol ao longo de toda sua vida pode ajudar a explicar a origem dos magnetares


Há muito tempo atrás, e em uma região  distante do Universo, uma enorme explosão de raios gamas liberou, em meio segundo, mais energia do que o Sol irá produzir durante todo o seu período estimado de 10 bilhões de anos de vida. 

Após terem examinado essa incrível explosão na forma de ondas luminosas visíveis, ondas de rádio, ondas de raio-X e ondas na região do  infravermelho, uma equipe de astrofísicos acredita que o que ocorreu foi o nascimento de um tipo de estrela chamada de magnetar. 

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Os pesquisadores acreditam que o magnetar se formou a partir da fusão de duas estrelas de nêutrons, algo que nunca foi observado antes. A fusão resultou em um fenômeno astronômico conhecido como kilonova,  a mais brilhante já observada. A luz finalmente chegou à Terra no dia 22 de maio de 2020. A luz se apresentou primeiro como uma explosão de raios gama, chamada de  pequena erupção de raios gama.

“Quando duas estrelas de nêutron se fundem, o resultado previsto mais comum é que formem uma estrela de nêutrons pesada que colapsa para formar um buraco negro após milisegundos, ou até menos”, disse Wen-fai Fong, pesquisador da Universidade Northwestern que liderou o estudo. “Nosso estudo mostra que é possível que, nesse tipo particular de explosão de raio gama, o objeto pesado tenha sobrevivido. Ao invés de colapsar em um buraco negro, formou-se uma magnetar: uma estrela de nêutrons que rotaciona rapidamente e que possui um grande campo magnético, liberando  energia para seus arredores e criando o brilho luminoso que nós observamos”. 

A pesquisa foi aceita pela The Astrophysical Journal e será publicada online ainda este ano.  

Ilustração mostra linhas de campo magnético protuberantes de uma estrela de nêutrons altamente magnética, ou um núcleo denso abandonado após a supernova de uma estrela. Conhecidos como magnetares, esses objetos geram explosões luminosas que podem ser energizadas pelos seus fortes campos magnéticos. Créditos: ESA

‘Houve um novo fenômeno acontecendo’

Após a primeira detecção da luz, feita pelo Observatório Neil Gehrels Swift, da Nasa, os cientistas rapidamente recorreram a outros telescópios — incluindo o Telescópio Espacial Hubble da Nasa e  o Observatório W.M. Keck — para estudar o pós-explosão e a galáxia onde ela ocorreu.  

A equipe de Fong rapidamente percebeu que algo não fazia sentido. Em comparação com o que se pode observar nos comprimentos de  raio-X e de rádio, as emissões próximas ao infravermelho, detectadas pelo Hubble, eram muito luminosas. Na realidade, tinham uma luminosidade 10 vezes superior ao previsto. 

“Conforme os dados forem chegando, nós estamos formando uma imagem do mecanismo que produziu a luz que nós vimos”, disse o co-investigador do estudo, Tanmoy Laskar da Universidade de Bath no Reino Unido. “As informações que o Hubble revelou nos fizeram  perceber que havia um novo fenômeno acontecendo.”

Monstro magnético

Fong e sua equipe discutiram diversas possibilidades para explicar essa luminosidade inusitada observada pelo Hubble, conhecida como pequena erupção de raios gama. Os pesquisadores acreditam que essas pequenas erupções são causadas pela fusão de duas estrelas de nêutrons, que são objetos extremamente densos. Embora a maioria das  pequenas erupções de raios-gama provavelmente resultem na formação de um buraco negro, nesse caso as duas estrelas de nêutrons que se fundiram podem ter se combinado para formar um magnetar, que é uma estrela de nêutrons supermassiva que possui um campo magnético muito poderoso. 

“O que existe basicamente são linhas de campo magnético que estão ancoradas na estrela que está rotacionando cerca de 1000 vezes por segundo, e isso produz um vento magnetizado”, explica Laskar. “Essas linhas magnéticas em rotação extraem a energia rotacional da estrela de nêutrons formada na fusão, e depositam essa energia no material que é ejetado  pela explosão, o que faz  com que o material brilhe ainda mais.” 

“Nós sabemos que os magnetares são reais porque podemos vê-los em nossa galáxia”, disse Fong. “Nós acreditamos que a maioria deles se formou devido às  explosões de estrelas muito massivas, que deixam como remanescentes essas estrelas de nêutrons altamente magnetizadas. Porém, é possível que uma pequena porção deles tenha se formado devido por uma fusão de estrelas de nêutrons. Nunca havíamos visto algo assim, ainda mais em luz infravermelha, o que torna essa descoberta especial.” 

Kilonova estranhamente luminosa

Kilonovas, que geralmente brilham 1000 vezes mais que uma clássica explosão supernova, geralmente estão acompanhadas por  pequenas erupções de raios gama. Singulares por se formarem a partir da fusão de dois objetos compactos, as kilonovas brilham a a partir do decaimento radioativo de elementos pesados que são ejetados durante a fusão, que produz elementos valiosos como ouro e urânio. 

“Até hoje, só temos registro de uma kilonova confirmada e detalhada”, disse Jillian Rastinejad, co-autora da pesquisa. “Então é bastante empolgante encontrar uma possível nova kilonova, que parece ser tão diferente. Essa descoberta nos deu a oportunidade de explorar a diversidade de kilonovas e dos objetos remanescentes que elas geram”. 

 Se essa luminosidade inesperada, observada pelo Hubble, for devida a  um magnetar que depositou energia dentro do material kilonova, então, após alguns anos, o material que foi ejetado por essa erupção irá produzir radiação na forma de ondas de rádio. Futuras observações de rádio poderão efetivamente mostrar que se tratava de um magnetar, e assim poderemos explicar como se formam tais objetos. 

Publicado em 13/11/2020

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