Já se passaram três anos desde a detecção histórica de uma fusão de estrela de nêutrons a partir de ondas gravitacionais. E desde aquele dia, uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela astrônoma da Universidade de Maryland, Eleonora Troja, tem monitorado continuamente as emissões de radiação subsequentes para fornecer a imagem mais completa de tal evento.

Sua análise fornece explicações possíveis para os raios X que continuaram a irradiar da colisão muito depois que os modelos previram que eles parariam. O estudo também revela que os modelos atuais de estrelas de nêutrons e colisões de corpos compactos carecem de informações importantes. A pesquisa foi publicada em 12 de outubro, 2020, no jornal Avisos mensais da Royal Astronomical Society .

"Estamos entrando em uma nova fase em nossa compreensão das estrelas de nêutrons, "disse Troja, um cientista pesquisador associado no Departamento de Astronomia da UMD e autor principal do artigo. "Realmente não sabemos o que esperar deste ponto em diante, porque todos os nossos modelos não previam raios-X e ficamos surpresos ao vê-los 1, 000 dias após a detecção do evento de colisão. Pode levar anos para descobrir a resposta ao que está acontecendo, mas nossa pesquisa abre a porta para muitas possibilidades.

A fusão de estrelas de nêutrons que a equipe de Troja estudou - GW170817 - foi identificada pela primeira vez a partir de ondas gravitacionais detectadas pelo Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory e sua contraparte Virgo em 17 de agosto, 2017. Em poucas horas, telescópios em todo o mundo começaram a observar radiação eletromagnética, incluindo raios gama e luz emitida pela explosão. Foi a primeira e única vez que os astrônomos foram capazes de observar a radiação associada às ondas gravitacionais, embora eles já soubessem que tal radiação ocorre. Todas as outras ondas gravitacionais observadas até agora se originaram de eventos muito fracos e distantes para que a radiação fosse detectada da Terra.

Segundos depois que GW170817 foi detectado, cientistas registraram o jato inicial de energia, conhecido como explosão de raios gama, então o kilonova mais lento, uma nuvem de gás que explodiu atrás do jato inicial. A luz da kilonova durou cerca de três semanas e depois desapareceu. Enquanto isso, nove dias depois que a onda gravitacional foi detectada pela primeira vez, os telescópios observaram algo que não tinham visto antes:raios-X. Modelos científicos baseados em astrofísica conhecida previram que, conforme o jato inicial de uma colisão de estrelas de nêutrons se move através do espaço interestelar, ele cria sua própria onda de choque, que emite raios-X, ondas de rádio e luz. Isso é conhecido como brilho residual. Mas tal brilho nunca foi observado antes. Nesse caso, o pós-luminescência atingiu o pico por volta de 160 dias depois que as ondas gravitacionais foram detectadas e, em seguida, desapareceu rapidamente. Mas os raios X permaneceram. Eles foram observados pela última vez pelo Observatório de Raios-X Chandra dois anos e meio depois que o GW170817 foi detectado pela primeira vez.

O novo trabalho de pesquisa sugere algumas explicações possíveis para as emissões de raios-X de longa duração. Uma possibilidade é que esses raios-X representem uma característica completamente nova do brilho residual de uma colisão, e a dinâmica de uma explosão de raios gama é de alguma forma diferente do esperado.

"Ter uma colisão tão perto de nós que é visível abre uma janela para todo o processo que raramente temos acesso, "disse Troja, who is also a research scientist at NASA's Goddard Space Flight Center. "It may be there are physical processes we have not included in our models because they're not relevant in the earlier stages that we are more familiar with, when the jets form."

Another possibility is that the kilonova and the expanding gas cloud behind the initial jet of radiation may have created their own shock wave that took longer to reach Earth.

"We saw the kilonova, so we know this gas cloud is there, and the X-rays from its shock wave may just be reaching us, " said Geoffrey Ryan, a postdoctoral associate in the UMD Department of Astronomy and a co-author of the study. "But we need more data to understand if that's what we're seeing. If it is, it may give us a new tool, a signature of these events that we haven't recognized before. That may help us find neutron star collisions in previous records of X-ray radiation."

A third possibility is that something may have been left behind after the collision, perhaps the remnant of an X-ray emitting neutron star.

Much more analysis is needed before researchers can confirm exactly where the lingering X-rays came from. Some answers may come in December 2020, when the telescopes will once again be aimed at the source of GW170817. (The last observation was in February, 2020.)

"This may be the last breath of an historical source or the beginning of a new story, in which the signal brightens up again in the future and may remain visible for decades or even centuries, " Troja said. "Whatever happens, this event is changing what we know about neutron star mergers and rewriting our models."