Acompanhamento rápido do pós-luminescência óptica de uma das explosões curtas de raios gama confirmadas mais distantes (SGRB), pensado ser a fusão de duas estrelas de nêutrons, está lançando uma nova luz sobre esses objetos enigmáticos. As observações, feito pelo Observatório internacional Gemini, um programa do NOIRLab da NSF, confirmou a distância do objeto e posicionou-o exatamente na época do meio-dia cósmico, quando o Universo estava em sua "adolescência" e rapidamente se formando estrelas. O aparecimento de um SGRB tão cedo na história do Universo pode alterar as teorias sobre sua origem, em particular, quanto tempo leva para duas estrelas de nêutrons se fundirem para produzir esses eventos poderosos. SGRBs precisamente localizados são raros, normalmente, apenas 7 a 8 são detectados por ano, e este é o SGRB de alta confiança mais distante com uma detecção ótica de brilho residual.

Os pesquisadores usaram o telescópio Gemini North de 8,1 metros para medir o brilho posterior óptico de uma das mais distantes rajadas de raios gama curtos (SGRB) já estudadas. Acredita-se que resulte da fusão de duas estrelas de nêutrons, SGRBs são eventos cataclísmicos que são quase insondáveis ​​em termos de suas propriedades básicas, emitindo grandes quantidades de energia em cerca de um segundo. Observações de Gêmeos de um novo, O distante SGRB agora sugere que este processo pode ocorrer surpreendentemente rápido para alguns sistemas - com sistemas estelares binários massivos sobrevivendo a explosões de supernova para se tornarem estrelas binárias de nêutrons, e os binários então girando juntos em menos de um bilhão de anos para criar um SGRB. A pesquisa será publicada na Cartas de jornal astrofísico .

Este objeto, chamado GRB181123B porque foi a segunda explosão descoberta em 23 de novembro de 2018 - noite de Ação de Graças - foi detectado inicialmente pelo Observatório Neil Gehrels Swift da NASA. Quando o alerta de um evento do satélite Swift foi transmitido para todo o mundo, vários telescópios treinaram sua visão nele. Dentro de horas, uma equipe da Northwestern University usou o Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS), que também é um gerador de imagens, no telescópio Gemini North em Maunakea, no Havaí, para registrar o brilho tardio do objeto.

"Aproveitamos os recursos exclusivos de resposta rápida e a sensibilidade requintada do Gemini North e seu gerador de imagens GMOS para obter observações profundas da explosão poucas horas após sua descoberta, "disse Kerry Paterson, do Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA) da Northwestern University, NÓS., que liderou a equipe de pesquisa. "As imagens de Gêmeos eram muito nítidas, e nos permitiu apontar o local para uma galáxia específica. "

"Este é um exemplo maravilhoso de astronomia no domínio do tempo, envolvendo acompanhamento extremamente rápido de um evento de evolução rápida, "disse Hans Krimm, da Fundação Nacional de Ciência dos Estados Unidos." A resposta rápida de Gemini foi crítica para perceber este evento rapidamente, e os dados ópticos e infravermelhos aumentam a empolgação da astronomia multi-mensageiro - onde observações de luz, ondas gravitacionais, neutrinos e raios cósmicos se juntam para contar uma história convincente. "

Junto com as observações de Gêmeos, a equipe fez observações de acompanhamento usando o Observatório W. M. Keck no Havaí e o Telescópio Multi-Espelho (MMT), localizado no Observatório Fred Lawrence Whipple no Monte Hopkins, no Arizona. Os pesquisadores então utilizaram a câmera infravermelha Gemini South e o espectrógrafo, FLAMINGOS-2, no Chile para obter um espectro da galáxia hospedeira para determinar a distância do SGRB. O objeto foi encontrado a cerca de 10 bilhões de anos-luz de distância, tornando-o o segundo SGRB confirmado mais distante, e o mais distante SGRB de alta confiança com detecção ótica de brilho residual. Em comparação com as detecções de ondas gravitacionais de estrelas de nêutrons em fusão no Universo muito próximo, SGRBs são análogos distantes.

“A identificação de certos padrões no espectro, junto com as cores da galáxia dos três observatórios, nos permitiu restringir precisamente a distância e solidificá-la como um dos SGRBs mais distantes até hoje em 16 anos de operações da Swift, "disse Paterson.

O acompanhamento rápido da descoberta de explosão do Swift foi essencial. Muitos SGRBs não podem ser observados com um telescópio a tempo de captar a luz óptica. A luz do pós-luminescência desvanece-se rapidamente e pode levar um tempo correspondentemente longo para um grande, telescópio sensível para interromper seu plano de observação normal e mover para o novo alvo para iniciar suas observações de acompanhamento.

Uma vez que a detecção óptica do SGRB foi feita com Gemini, e sua galáxia hospedeira foi identificada, a equipe foi capaz de determinar as propriedades-chave da população estelar pai dentro da galáxia que produziu o SGRB.

"Realizar 'análises forenses' para entender o ambiente local dos SGRBs e como suas galáxias se parecem pode nos dizer muito sobre a física subjacente desses sistemas, por exemplo, como os progenitores SGRB se formam e quanto tempo leva para eles se fundirem, "disse Wen-fai Fong da Northwestern University e co-autor do estudo." Certamente não esperávamos descobrir um SGRB extremamente distante, como eles são muito raros e tênues, mas ficamos agradavelmente surpreendidos! Isso nos motiva a ir atrás de cada um que pudermos. "

A maioria dos 43 SGRBs de alta confiança usados ​​no estudo que tiveram suas distâncias medidas até o momento foi encontrada mais perto de casa. Os SGRBs distantes oferecem uma maneira única de estudar os mesmos tipos de eventos quando o Universo era muito mais jovem - um período agitado no Universo quando as estrelas estavam se formando rapidamente e as galáxias crescendo rapidamente. A adição de outro SGRB muito distante à população pode mudar a compreensão dos astrônomos sobre esses eventos, em particular, quanto tempo leva para duas estrelas de nêutrons se fundirem, e a taxa de fusão de estrelas de nêutrons durante esta época da história do Universo. "Encontrar um SGRB tão cedo na história do Universo sugere que pelo menos alguns pares de estrelas de nêutrons podem precisar se unir de forma relativamente rápida, "de acordo com Fong.

"Com os recursos telescópicos adequados e instalações de acompanhamento dedicadas, como o Observatório Gemini, podemos abrir uma nova era de descoberta de SGRBs distantes, motivando mais estudos de acompanhamento de eventos passados ​​e acompanhamento igualmente intenso de eventos futuros, "disse Paterson.