Em 26 de agosto, 2020, O Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA detectou um pulso de radiação de alta energia que correu em direção à Terra por quase metade da idade atual do universo. Durando apenas cerca de um segundo, acabou sendo um dos livros dos recordes - a menor explosão de raios gama (GRB) causada pela morte de uma estrela massiva já vista.

GRBs são os eventos mais poderosos do universo, detectável em bilhões de anos-luz. Os astrônomos os classificam como longos ou curtos com base no fato de o evento durar mais ou menos de dois segundos. Eles observam longas explosões associadas ao desaparecimento de estrelas massivas, enquanto rajadas curtas foram associadas a um cenário diferente.

"Já sabíamos que alguns GRBs de estrelas massivas podiam ser registrados como GRBs curtos, mas pensamos que isso era devido a limitações instrumentais, "disse Bin-bin Zhang da Universidade de Nanjing na China e da Universidade de Nevada, Las Vegas. "Este burst é especial porque é definitivamente um GRB de curta duração, mas suas outras propriedades apontam para sua origem em uma estrela em colapso. Agora sabemos que estrelas moribundas podem produzir rajadas curtas, também."

Nomeado GRB 200826A, depois da data em que ocorreu, a explosão é o assunto de dois artigos publicados em Astronomia da Natureza na segunda-feira, 26 de julho. O primeiro, liderado por Zhang, explora os dados de raios gama. O segundo, liderado por Tomás Ahumada, estudante de doutorado na Universidade de Maryland, College Park e Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, descreve o desbotamento do pós-brilho em vários comprimentos de onda do GRB e a luz emergente da explosão de supernova que se seguiu.

"Achamos que este evento foi efetivamente um fracasso, um que estava perto de não acontecer, "Ahumada disse." Mesmo assim, a explosão emitiu 14 milhões de vezes a energia liberada por toda a galáxia da Via Láctea no mesmo período de tempo, tornando-o um dos GRBs de curta duração mais enérgicos já vistos. "

Quando uma estrela muito mais massiva que o Sol fica sem combustível, seu núcleo repentinamente entra em colapso e forma um buraco negro. Conforme a matéria gira em direção ao buraco negro, parte dele escapa na forma de dois poderosos jatos que avançam quase na velocidade da luz em direções opostas. Os astrônomos só detectam um GRB quando um desses jatos aponta quase diretamente para a Terra.

Cada jato perfura a estrela, produzindo um pulso de raios gama - a forma de luz de mais alta energia - que pode durar até minutos. Após a explosão, a estrela interrompida então se expande rapidamente como uma supernova.

GRBs curtos, por outro lado, se formam quando pares de objetos compactos, como estrelas de nêutrons, que também se formam durante o colapso estelar - espiralam para dentro ao longo de bilhões de anos e colidem. As observações de Fermi ajudaram recentemente a mostrar que, em galáxias próximas, chamas gigantes isoladas, estrelas de nêutrons supermagnetizadas também se disfarçam como GRBs curtos.

GRB 200826A foi uma explosão aguda de emissão de alta energia que durou apenas 0,65 segundo. Depois de viajar por éons através do universo em expansão, o sinal se estendeu por cerca de um segundo quando foi detectado pelo monitor de explosão de raios gama da Fermi. O evento também apareceu em instrumentos a bordo da missão Wind da NASA, que orbita um ponto entre a Terra e o Sol localizado cerca de 930, 000 milhas (1,5 milhões de quilômetros) de distância, e Mars Odyssey, que orbita o Planeta Vermelho desde 2001. O satélite INTEGRAL da ESA (Agência Espacial Europeia) também observou a explosão.

Todas essas missões participam de um sistema de localização de GRB chamado Rede InterPlanetária (IPN), para o qual o projeto Fermi fornece todo o financiamento dos EUA. Como a explosão atinge cada detector em momentos ligeiramente diferentes, qualquer par deles pode ser usado para ajudar a identificar onde ocorreu no céu. Cerca de 17 horas após o GRB, o IPN estreitou sua localização para um pedaço relativamente pequeno do céu na constelação de Andrômeda.

Usando o Zwicky Transient Facility (ZTF) financiado pela National Science Foundation no Observatório Palomar, a equipe examinou o céu em busca de mudanças na luz visível que pudessem estar relacionadas ao desbotamento do brilho residual do GRB.

"Fazer essa pesquisa é o mesmo que tentar encontrar uma agulha em um palheiro, mas o IPN ajuda a reduzir o palheiro, "disse Shreya Anand, um estudante de graduação na Caltech e um co-autor no artigo afterglow. "De mais de 28, 000 alertas ZTF na primeira noite, apenas um atendeu a todos os nossos critérios de pesquisa e também apareceu na região do céu definida pelo IPN. "

Um dia depois da explosão, O Observatório Neil Gehrels Swift da NASA descobriu o enfraquecimento da emissão de raios-X neste mesmo local. Alguns dias depois, emissão de rádio variável foi detectada pelo Karl Jansky Very Large Array do Observatório Nacional de Radioastronomia no Novo México. A equipe então começou a observar o brilho em uma variedade de instalações terrestres.

Observando a fraca galáxia associada à explosão usando o Gran Telescopio Canarias, um telescópio de 10,4 metros no Observatório Roque de los Muchachos em La Palma nas Ilhas Canárias, a equipe mostrou que sua luz leva 6,6 bilhões de anos para chegar até nós. Isso é 48% da idade atual do universo de 13,8 bilhões de anos.

Mas para provar que esta curta explosão veio de uma estrela em colapso, os pesquisadores também precisavam capturar a supernova emergente.

"Se a explosão foi causada por uma estrela em colapso, então, uma vez que o brilho residual desapareça, ele deve brilhar novamente por causa da explosão de supernova subjacente, "disse Leo Singer, astrofísico Goddard e consultor de pesquisa de Ahumada. "Mas a essas distâncias, você precisa de um telescópio muito grande e muito sensível para identificar o ponto de luz da supernova do brilho de fundo de sua galáxia hospedeira. "

Para conduzir a pesquisa, Singer ganhou um tempo no telescópio Gemini North de 8,1 metros no Havaí e o uso de um instrumento sensível chamado Espectrógrafo Multi-Objeto Gemini. Os astrônomos fotografaram a galáxia hospedeira em luz vermelha e infravermelha a partir de 28 dias após a explosão, repetir a pesquisa 45 e 80 dias após o evento. Eles detectaram uma fonte de infravermelho próximo - a supernova - no primeiro conjunto de observações que não puderam ser vistas nas posteriores.

Os pesquisadores suspeitam que esta explosão foi alimentada por jatos que mal emergiram da estrela antes de desligar, em vez do caso mais típico, em que jatos de longa duração saem da estrela e percorrem distâncias consideráveis ​​a partir dela. Se o buraco negro tivesse disparado jatos mais fracos, ou se a estrela era muito maior quando começou seu colapso, pode não ter havido um GRB.

A descoberta ajuda a resolver um quebra-cabeça de longa data. Embora GRBs longos devam ser acoplados a supernovas, os astrônomos detectam um número muito maior de supernovas do que GRBs longos. Essa discrepância persiste mesmo depois de levar em conta o fato de que os jatos GRB devem cair quase em nossa linha de visão para que os astrônomos possam detectá-los.

Os pesquisadores concluíram que estrelas em colapso que produzem GRBs curtos devem ser casos marginais cujos jatos à velocidade da luz oscilam à beira do sucesso ou do fracasso, uma conclusão consistente com a noção de que a maioria das estrelas massivas morre sem produzir jatos e GRBs. Mais amplamente, este resultado demonstra claramente que a duração de um burst por si só não indica exclusivamente sua origem.