Quanto mais longe um objeto está no universo, mais tênue ele aparece pelas lentes de um telescópio.

Então, quando uma equipe de astrofísicos liderada pela Northwestern University detectou o resplendor de uma curta explosão de raios gama (SGRB) localizada a 10 bilhões de anos-luz de distância, eles ficaram chocados. Afterglows, Afinal, já são sinais incrivelmente fracos e rápidos - às vezes durando apenas algumas horas.

Conhecido como SGRB181123B, a explosão ocorreu apenas 3,8 bilhões de anos após o Big Bang. É o segundo SGRB bem estabelecido mais distante já detectado e o evento mais distante com um brilho posterior óptico.

"Certamente não esperávamos descobrir um SGRB distante, como são extremamente raros e muito tênues, "disse Wen-fai Fong da Northwestern, um autor sênior do estudo. "Fazemos 'análises forenses' com telescópios para entender o ambiente local, porque a aparência de sua galáxia pode nos dizer muito sobre a física subjacente a esses sistemas. "

Kerry Paterson, o primeiro autor do estudo, disse, "Acreditamos que estamos descobrindo a ponta do iceberg em termos de SGRBs distantes. Isso nos motiva a estudar mais eventos passados ​​e examinar intensamente os futuros."

O estudo será publicado em Cartas de jornal astrofísico .

Fong é professor assistente de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do CIERA (Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica). Paterson é associado de pós-doutorado na CIERA.

Algumas das explosões mais enérgicas e brilhantes do universo, Os SGRBs ocorrem mais provavelmente quando duas estrelas de nêutrons se fundem. Esta fusão causa uma explosão de raios gama de curta duração, qual é a forma mais energética de luz. Os astrônomos normalmente detectam apenas sete ou oito SGRBs a cada ano que estão bem localizados o suficiente para observações futuras. E porque seus resplendores geralmente duram, no máximo, algumas horas antes de cair no esquecimento, raramente se demoram o suficiente para que os astrônomos os vejam de perto.

Mas com SGRB181123B, os astrônomos tiveram sorte. O Observatório Neil Gehrels Swift da NASA detectou o evento pela primeira vez na noite de Ação de Graças em 2018. Em poucas horas, a equipe da Northwestern acessou remotamente o Observatório internacional Gemini, usando o telescópio Gemini-North, localizado no topo de Mauna Kea, no Havaí. Usando este telescópio de 8,1 metros, os pesquisadores mediram o brilho posterior óptico do SGRB181123B.

Com observações de acompanhamento usando Gemini-South no Chile, MMT no Arizona e Keck no Havaí, a equipe percebeu que SGRB181123B pode estar mais distante do que a maioria.

"Fomos capazes de obter observações profundas da explosão poucas horas após sua descoberta, "Paterson disse." As imagens de Gêmeos eram muito nítidas, permitindo-nos apontar a localização de uma galáxia específica no universo. "

Fong adicionou, "Com SGRBs, você não detectará nada se chegar ao céu tarde demais. Mas de vez em quando, se você reagir rápido o suficiente, você vai pousar em uma detecção realmente bonita como esta. "

Um vislumbre de um meio-dia cósmico

Para descobrir a distância do SGRB da Terra, a equipe então acessou um espectrógrafo infravermelho próximo em Gemini-South, que pode sondar comprimentos de onda mais vermelhos. Ao obter um espectro da galáxia hospedeira, os pesquisadores perceberam que haviam descoberto por acaso um SGRB distante.

Depois de identificar a galáxia hospedeira e calcular a distância, Fong, Paterson e sua equipe foram capazes de determinar as propriedades-chave das populações estelares-mãe dentro da galáxia que produziu o evento. Como SGRB181123B apareceu quando o universo tinha apenas 30% de sua idade atual - durante uma época conhecida como "meio-dia cósmico" - ele ofereceu uma rara oportunidade de estudar as fusões de estrelas de nêutrons de quando o universo era um "adolescente".

Quando SGRB181123B ocorreu, o universo estava incrivelmente ocupado, com estrelas em rápida formação e galáxias em rápido crescimento. Estrelas binárias massivas precisam de tempo para nascer, evoluir e morrer - finalmente se transformando em um par de estrelas de nêutrons que eventualmente se fundem.

"Há muito tempo se desconhece quanto tempo as estrelas de nêutrons - em particular aquelas que produzem SGRBs - levam para se fundir, "Fong disse." Encontrar um SGRB neste ponto da história do universo sugere que, em uma época em que o universo estava formando muitas estrelas, o par de estrelas de nêutrons pode ter se fundido com bastante rapidez. "