Resultado da fusão de duas estrelas de nêutrons. O material ejetado de uma explosão inicial formou uma concha ao redor do buraco negro formado a partir da fusão. Um jato de material impulsionado de um disco ao redor do buraco negro interagiu primeiro com o material ejetado para formar um amplo "casulo". Mais tarde, o jato irrompeu para emergir no espaço interestelar, onde seu movimento extremamente rápido se tornou aparente. Crédito:Sophia Dagnello, NRAO / AUI / NSF
Medições precisas usando uma coleção continental de radiotelescópios da National Science Foundation (NSF) revelaram que um jato estreito de partículas movendo-se quase à velocidade da luz irrompeu no espaço interestelar depois que um par de estrelas de nêutrons se fundiram em uma galáxia de 130 milhões de luz. -anos da Terra. A fusão, que ocorreu em agosto de 2017, enviou ondas gravitacionais ondulando pelo espaço. Foi o primeiro evento a ser detectado tanto por ondas gravitacionais quanto por ondas eletromagnéticas, incluindo raios gama, Raios X, luz visível, e ondas de rádio.
O resultado da fusão, chamado GW170817, foi observada por telescópios orbitais e terrestres em todo o mundo. Os cientistas observaram como as características das ondas recebidas mudaram com o tempo, e usou as mudanças como pistas para revelar a natureza dos fenômenos que se seguiram à fusão.
Uma questão que se destacou, mesmo meses após a fusão, foi se o evento produziu ou não um estreito, jato de material em movimento rápido que fez o seu caminho para o espaço interestelar. Isso foi importante, porque esses jatos são necessários para produzir o tipo de rajadas de raios gama que os teóricos diziam que deveriam ser causadas pela fusão de pares de estrelas de nêutrons.
A resposta veio quando os astrônomos usaram uma combinação do Very Long Baseline Array (VLBA) da NSF, o Very Large Array de Karl G. Jansky (VLA), e o telescópio Robert C. Byrd Green Bank (GBT) e descobriram que uma região de emissão de rádio da fusão havia se movido, e o movimento era tão rápido que apenas um jato poderia explicar sua velocidade.
"Medimos um movimento aparente quatro vezes mais rápido que a luz. Essa ilusão, chamado movimento superluminal, resulta quando o jato é apontado quase em direção à Terra e o material no jato está se movendo perto da velocidade da luz, "disse Kunal Mooley, do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) e Caltech.
Os astrônomos observaram o objeto 75 dias após a fusão, em seguida, novamente 230 dias depois.
"Com base em nossa análise, este jato provavelmente é muito estreito, no máximo 5 graus de largura, e foi apontado a apenas 20 graus da direção da Terra, "disse Adam Deller, da Swinburne University of Technology e anteriormente do NRAO. "Mas para coincidir com nossas observações, o material no jato também deve ser lançado para fora a mais de 97 por cento da velocidade da luz ", acrescentou.
Conforme o jato do evento de fusão da estrela de nêutrons emergiu no espaço, imagens de rádio simuladas na concepção desse artista ilustram seu movimento extremamente rápido. Nos 155 dias entre duas observações, o jato parecia se mover dois anos-luz, uma distância que exigiria que ele viajasse quatro vezes mais rápido que a luz. Este "movimento superluminal" é uma ilusão criada quando o jato é apontado quase na direção da Terra e, na verdade, está se movendo a mais de 97% da velocidade da luz. (Sem escala.) Crédito:D. Berry, O. Gottlieb, K. Mooley, G. Hallinan, NRAO / AUI / NSF
O cenário que surgiu é que a fusão inicial das duas estrelas de nêutrons superdensas causou uma explosão que impulsionou uma concha esférica de detritos para fora. As estrelas de nêutrons colapsaram em um buraco negro cuja poderosa gravidade começou a puxar material em sua direção. Esse material formou um disco girando rapidamente que gerou um par de jatos movendo-se para fora de seus pólos.
À medida que o evento se desenrolava, a questão era se os jatos iriam se desprender da casca de destroços da explosão original. Os dados das observações indicaram que um jato interagiu com os destroços, formando um amplo "casulo" de material que se expande para fora. Esse casulo se expandiria mais lentamente do que um jato.
“Nossa interpretação é que o casulo dominou a emissão de rádio até cerca de 60 dias após a fusão, e em momentos posteriores a emissão foi dominada por jato, "disse Ore Gottlieb, da Universidade de Tel Aviv, um dos principais teóricos do estudo.
“Tivemos a sorte de poder observar este evento, porque se o jato tivesse sido apontado para muito mais longe da Terra, a emissão de rádio teria sido muito fraca para detectarmos, "disse Gregg Hallinan da Caltech.
A detecção de um jato em movimento rápido em GW170817 fortalece muito a conexão entre fusões de estrelas de nêutrons e explosões de raios gama de curta duração, disseram os cientistas. Eles acrescentaram que os jatos precisam ser apontados relativamente próximos à Terra para que a explosão de raios gama seja detectada.
"Nosso estudo demonstra que combinar observações do VLBA, o VLA e o GBT são um meio poderoso de estudar os jatos e a física associada a eventos de ondas gravitacionais, "Mooley disse.
"O evento de fusão foi importante por uma série de razões, e continua a surpreender os astrônomos com mais informações, "disse Joe Pesce, Diretor do Programa NSF para NRAO. "Jatos são fenômenos enigmáticos vistos em vários ambientes, e agora essas observações requintadas na parte de rádio do espectro eletromagnético estão fornecendo uma visão fascinante sobre eles, ajudando-nos a entender como eles funcionam. "
Mooley e seus colegas relataram suas descobertas na versão online do jornal em 5 de setembro Natureza .
