Os cientistas obtiveram a melhor visão até agora das explosões mais brilhantes do universo:um observatório especializado na Namíbia registrou a radiação mais energética e o pós-brilho de raios gama mais longo de uma chamada explosão de raios gama (GRB) até hoje. As observações com o Sistema Estereoscópico de Alta Energia (H.E.S.S.) desafiam a ideia estabelecida de como os raios gama são produzidos nessas explosões estelares colossais que são os gritos de nascimento dos buracos negros, como a equipe internacional relata no jornal Ciência .

"Explosões de raios gama são brilhantes raios-X e raios gama observados no céu, emitido por fontes extragalácticas distantes, "explica a cientista do DESY Sylvia Zhu, um dos autores do artigo. "São as maiores explosões do universo e estão associadas ao colapso de uma estrela massiva em rotação rápida em um buraco negro. Uma fração da energia gravitacional liberada alimenta a produção de uma onda de explosão ultrarelativística. Sua emissão é dividida em duas fases distintas:uma fase inicial caótica que dura dezenas de segundos, seguido por um duradouro, fase de pós-luminescência que desaparece suavemente. "

Em 29 de agosto de 2019, os satélites Fermi e Swift detectaram uma explosão de raios gama na constelação de Eridanus. O evento, catalogado como GRB 190829A de acordo com sua data de ocorrência, acabou sendo uma das explosões de raios gama mais próximas observadas até agora, com uma distância de cerca de um bilhão de anos-luz. Para comparação:a explosão típica de raios gama está a cerca de 20 bilhões de anos-luz de distância. "Estávamos realmente sentados na primeira fila quando essa explosão de raios gama aconteceu, "explica o co-autor Andrew Taylor do DESY. A equipe detectou o brilho residual da explosão imediatamente quando ele se tornou visível para os telescópios H.E.S.S." Nós pudemos observar o brilho residual por vários dias e energias de raios gama sem precedentes, "relata Taylor.

A distância comparativamente curta para esta explosão de raios gama permitiu medições detalhadas do espectro da pós-luminescência, que é a distribuição de "cores, "ou energias de fótons, da radiação na faixa de energia muito alta. "Poderíamos determinar o espectro de GRB 190829A até uma energia de 3,3 tera-eletronvolts, que é cerca de um trilhão de vezes mais energético que os fótons da luz visível, "explica a coautora Edna Ruiz-Velasco do Instituto Max Planck de Física Nuclear em Heidelberg." Isso é o que há de tão excepcional sobre essa explosão de raios gama - aconteceu em nosso quintal cósmico, onde os fótons de altíssima energia não foram absorvidos em colisões com a luz de fundo em seu caminho para a Terra, como acontece em distâncias maiores no cosmos. "

A equipe conseguiu acompanhar o brilho residual até três dias após a explosão inicial. O resultado foi uma surpresa:"Nossas observações revelaram semelhanças curiosas entre a emissão de raios-X e de raios gama de energia muito alta do pós-luminescência da explosão, "relata Zhu. Teorias estabelecidas presumem que os dois componentes de emissão devem ser produzidos por mecanismos separados:o componente de raios-X se origina de elétrons ultrarrápidos que são desviados nos fortes campos magnéticos dos arredores da explosão. Este processo" síncrotron "é bastante semelhante a como os aceleradores de partículas na Terra produzem raios-X brilhantes para investigações científicas.

Contudo, de acordo com as teorias existentes, parecia muito improvável que mesmo as explosões mais poderosas do universo pudessem acelerar elétrons o suficiente para produzir diretamente os raios gama de altíssima energia observados. Isso se deve a um "limite de queima, "que é determinado pelo equilíbrio de aceleração e resfriamento de partículas dentro de um acelerador. A produção de raios gama de energia muito alta requer elétrons com energias muito além do limite de queima. as teorias atuais assumem que em uma explosão de raios gama, elétrons rápidos colidem com fótons síncrotron e, assim, os aumentam para energias de raios gama em um processo chamado de autocompton do síncrotron.

Mas as observações do brilho residual de GRB 190829A agora mostram que ambos os componentes, Raios X e raios gama, desapareceu em sincronia. Também, o espectro de raios gama correspondia claramente a uma extrapolação do espectro de raios-X. Juntos, esses resultados são uma forte indicação de que os raios X e os raios gama de energia muito alta neste pós-luminescência foram produzidos pelo mesmo mecanismo. "É bastante inesperado observar tais características espectrais e temporais notavelmente semelhantes nas bandas de raios-X e de raios gama de energia muito alta, se a emissão nessas duas faixas de energia tivesse origens diferentes, "diz o co-autor Dmitry Khangulyan da Rikkyo University em Tóquio. Isso representa um desafio para a origem do autocompton do síncrotron da emissão de raios gama de altíssima energia.

A implicação de longo alcance desta possibilidade destaca a necessidade de estudos adicionais da emissão de pós-luminescência de GRB de muito alta energia. GRB 190829A é apenas a quarta rajada de raios gama detectada do solo. Contudo, as explosões detectadas anteriormente ocorreram muito mais longe no cosmos e seu brilho residual só poderia ser observado por algumas horas cada e não para energias acima de 1 tera-eletronvolts (TeV). "Olhando para o futuro, as perspectivas de detecção de explosões de raios gama por instrumentos de última geração, como o Cherenkov Telescope Array, que está sendo construído atualmente nos Andes chilenos e nas ilhas Canárias de La Palma, parecem promissoras. "diz o porta-voz da H.E.S.S. Stefan Wagner de Landessternwarte Heidelberg." A abundância geral de explosões de raios gama nos leva a esperar que detecções regulares na banda de energia muito alta se tornem bastante comuns, ajudando-nos a entender completamente sua física. "