Uma equipe internacional de cientistas, liderado por astrofísicos da Universidade de Bath, no Reino Unido, mediu o campo magnético em uma distante explosão de raios gama, confirmando pela primeira vez uma previsão teórica de décadas - que o campo magnético nessas ondas de explosão torna-se embaralhado após o material ejetado colidir com, e choques, o meio circundante.

Os buracos negros são formados quando estrelas massivas (pelo menos 40 vezes maiores que o nosso Sol) morrem em uma explosão catastrófica que impulsiona uma onda de choque. Esses eventos extremamente energéticos expulsam o material em velocidades próximas à velocidade da luz, e poder brilhante, flashes de raios gama de curta duração que podem ser detectados por satélites orbitando a Terra - daí seu nome, Explosões de raios gama (GRBs).

Os campos magnéticos podem ser inseridos no material ejetado e, à medida que o buraco negro giratório se forma, esses campos magnéticos se torcem em formas de saca-rolhas que são pensadas para focalizar e acelerar o material ejetado.

Os campos magnéticos não podem ser vistos diretamente, mas sua assinatura é codificada na luz produzida por partículas carregadas (elétrons) que zunem em torno das linhas do campo magnético. Telescópios ligados à Terra captam essa luz, que viajou por milhões de anos em todo o Universo.

Chefe de Astrofísica em Bath e a especialista em raios gama, Professora Carole Mundell, disse:"Medimos uma propriedade especial da luz - polarização - para sondar diretamente as propriedades físicas do campo magnético que alimenta a explosão. Este é um ótimo resultado e resolve um antigo quebra-cabeça dessas explosões cósmicas extremas - um quebra-cabeça I ' venho estudando há muito tempo. "

Capturando a luz cedo

O desafio é capturar a luz o mais rápido possível após uma explosão e decodificar a física da explosão, a previsão é que todos os campos magnéticos primordiais serão destruídos, em última instância, à medida que a frente de choque em expansão colide com os detritos estelares circundantes.

Este modelo prevê luz com altos níveis de polarização (> 10%) logo após a explosão, quando o campo primordial de grande escala ainda está intacto e conduzindo o fluxo de saída. Mais tarde, a luz deve ser quase totalmente não polarizada, pois o campo é embaralhado na colisão.

A equipe de Mundell foi a primeira a descobrir luz altamente polarizada minutos após a explosão que confirmou a presença de campos primordiais com estrutura em grande escala. Mas o cenário para a expansão dos choques para a frente se mostrou mais controverso.

As equipes que observaram GRBs em um tempo mais lento - horas a um dia após uma explosão - encontraram baixa polarização e concluíram que os campos há muito haviam sido destruídos, mas não sabia dizer quando ou como. Em contraste, uma equipe de astrônomos japoneses anunciou uma detecção intrigante de 10% da luz polarizada em um GRB, que interpretaram como um choque frontal polarizado com campos magnéticos ordenados de longa duração.

Autor principal do novo estudo, Bath Ph.D. estudante Nuria Jordana-Mitjans, disse:"Essas raras observações eram difíceis de comparar, como eles sondaram escalas de tempo e física muito diferentes. Não havia como reconciliá-los no modelo padrão. "

O mistério permaneceu sem solução por mais de uma década, até a análise da equipe de banho de GRB 141220A.

No novo jornal, publicado hoje no Avisos mensais da Royal Astronomical Society , A equipe do professor Mundell relatou a descoberta de polarização muito baixa na luz de choque frontal detectada apenas 90 segundos após a explosão do GRB 141220A. As observações super rápidas foram possibilitadas pelo software inteligente da equipe no telescópio robótico Liverpool totalmente autônomo e pelo novo polarímetro RINGO3 - o instrumento que registrou a cor do GRB, brilho, polarização e taxa de desbotamento. Juntando esses dados, a equipe foi capaz de provar que:

• A luz originou-se no choque dianteiro.
• As escalas de comprimento do campo magnético eram muito menores do que a equipe japonesa deduziu.
• A explosão provavelmente foi impulsionada pelo colapso de campos magnéticos ordenados nos primeiros momentos da formação de um novo buraco negro.
• A misteriosa detecção de polarização pela equipe japonesa pode ser explicada por uma contribuição da luz polarizada do campo magnético primordial antes de ser destruído no choque.

A Sra. Jordana-Mitjans disse:"Este novo estudo baseia-se em nossa pesquisa que mostrou que os GRBs mais poderosos podem ser alimentados por campos magnéticos ordenados em grande escala, mas apenas os telescópios mais rápidos terão um vislumbre de seu sinal de polarização característico antes de serem perdidos na explosão. "

O professor Mundell acrescentou:"Agora precisamos expandir as fronteiras da tecnologia para sondar os primeiros momentos dessas explosões, capturar números estatisticamente significativos de bursts para estudos de polarização e colocar nossa pesquisa em um contexto mais amplo de acompanhamento multimessenger em tempo real do Universo extremo. "