Há muito tempo e em todo o universo, uma enorme explosão de raios gama liberou mais energia em meio segundo do que o sol produziria durante toda a sua vida de 10 bilhões de anos.

Depois de examinar a explosão incrivelmente brilhante com óptica, Raio X, comprimentos de onda de infravermelho próximo e rádio, uma equipe de astrofísica liderada pela Northwestern University acredita que potencialmente detectou o nascimento de um magnetar.

Os pesquisadores acreditam que o magnetar foi formado pela fusão de duas estrelas de nêutrons, que nunca antes foi observado. A fusão resultou em uma kilonova brilhante - a mais brilhante já vista - cuja luz finalmente atingiu a Terra em 22 de maio, 2020. A primeira luz veio como uma explosão de raios gama, chamado de explosão curta de raios gama.

"Quando duas estrelas de nêutrons se fundem, o resultado previsto mais comum é que eles formam uma estrela de nêutrons pesada que colapsa em um buraco negro em milissegundos ou menos, "disse Wen-fai Fong da Northwestern, quem conduziu o estudo. "Nosso estudo mostra que é possível que, para esta explosão de raios gama curta em particular, o objeto pesado sobreviveu. Em vez de entrar em colapso em um buraco negro, tornou-se um magnetar:uma estrela de nêutrons girando rapidamente que tem grandes campos magnéticos, despejando energia em seu ambiente circundante e criando o brilho muito forte que vemos. "

A pesquisa foi aceita pelo Astrophysical Journal e será publicado online ainda este ano.

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). A pesquisa envolveu dois alunos de graduação, três alunos de graduação e três pós-doutorandos do laboratório de Fong.

'Um novo fenômeno acontecendo'

Depois que a luz foi detectada pela primeira vez pelo Observatório Neil Gehrels Swift da NASA, cientistas rapidamente alistaram outros telescópios - incluindo o telescópio espacial Hubble da NASA, o Very Large Array, o W.M. O Observatório Keck e a rede do Telescópio Global do Observatório Las Cumbres - para estudar as consequências da explosão e sua galáxia hospedeira.

A equipe de Fong percebeu rapidamente que algo não fazia sentido.

Em comparação com observações de raios-X e rádio, a emissão de infravermelho próximo detectada com o Hubble era muito brilhante. Na verdade, era 10 vezes mais brilhante do que o previsto.

"À medida que os dados iam chegando, estávamos formando uma imagem do mecanismo que estava produzindo a luz que estávamos vendo, "disse o co-investigador do estudo, Tanmoy Laskar, da University of Bath, no Reino Unido. "Conforme obtivemos as observações do Hubble, tivemos que mudar completamente nosso processo de pensamento, porque a informação que Hubble acrescentou nos fez perceber que tínhamos que descartar nosso pensamento convencional e que havia um novo fenômeno acontecendo. Então, tivemos que descobrir o que isso significava para a física por trás dessas explosões extremamente energéticas. "

Monstro magnético

Fong e sua equipe discutiram várias possibilidades para explicar o brilho incomum - conhecido como uma explosão curta de raios gama - que o Hubble viu. Os pesquisadores acham que rajadas curtas são causadas pela fusão de duas estrelas de nêutrons, objetos extremamente densos em torno da massa do sol comprimidos no volume de uma grande cidade como Chicago. Embora a maioria das explosões de raios gama provavelmente resultem em um buraco negro, as duas estrelas de nêutrons que se fundiram neste caso podem ter se combinado para formar um magnetar, uma estrela de nêutrons supermassiva com um campo magnético muito poderoso.

"Você basicamente tem essas linhas de campo magnético que estão ancoradas na estrela que estão girando em torno de 1, 000 vezes por segundo, e isso produz um vento magnetizado, "Laskar explicou." Essas linhas de campo giratórias extraem a energia rotacional da estrela de nêutrons formada na fusão, e depositar essa energia no material ejetado da explosão, fazendo com que o material brilhe ainda mais. "

"Sabemos que os magnetares existem porque os vemos em nossa galáxia, "Fong disse." Achamos que a maioria deles são formados nas mortes explosivas de estrelas massivas, deixando para trás essas estrelas de nêutrons altamente magnetizadas. Contudo, é possível que uma pequena fração se forme em fusões de estrelas de nêutrons. Nunca vimos evidências disso antes, muito menos na luz infravermelha, tornando esta descoberta especial. "

Kilonova estranhamente brilhante

Kilonovae, que são normalmente 1, 000 vezes mais brilhante do que uma nova clássica, são esperados para acompanhar rajadas curtas de raios gama. Exclusivo para a fusão de dois objetos compactos, quilonovas brilham da decadência radioativa de elementos pesados ​​ejetados durante a fusão, produzindo elementos cobiçados como ouro e urânio.

"Temos apenas uma kilonova confirmada e bem amostrada até o momento, "disse Jillian Rastinejad, co-autor do artigo e estudante de pós-graduação no laboratório de Fong. "Portanto, é especialmente emocionante encontrar uma nova kilonova em potencial que parece tão diferente. Essa descoberta nos deu a oportunidade de explorar a diversidade das kilonova e seus objetos remanescentes."

Se o brilho inesperado visto pelo Hubble viesse de um magnetar que depositou energia no material kilonova, então, dentro de alguns anos, o material ejetado da explosão produzirá luz que aparece em comprimentos de onda de rádio. As observações de rádio de acompanhamento podem, em última análise, provar que se tratava de um magnetar, levando a uma explicação da origem de tais objetos.

"Agora que temos uma kilonova candidata muito brilhante, "Rastinejad disse, "Estou animado com as novas surpresas que as explosões curtas de raios gama e as fusões de estrelas de nêutrons nos reservam no futuro."