A pesquisa em astrofísica avança na compreensão de como as explosões de raios gama produzem luz
Conceito artístico de um jato de partículas perfurando uma estrela enquanto ela colapsa em um buraco negro durante uma típica explosão de raios gama (GRB). GRBs são os eventos eletromagnéticos mais energéticos e luminosos desde o Big Bang. Crédito:NASA Explosões de raios gama (GRBs) são explosões intensas de radiação gama, normalmente gerando mais energia em poucos segundos do que o sol produzirá durante sua vida útil de dez bilhões de anos. Estes fenómenos transitórios apresentam um dos enigmas mais desafiantes da astrofísica, que remonta à sua descoberta acidental em 1967 por um satélite de vigilância nuclear.
Jon Hakkila, pesquisador da Universidade do Alabama em Huntsville (UAH), parte do Sistema da Universidade do Alabama, é o autor principal de um artigo no The Astrophysical Journal que promete lançar luz sobre o comportamento dessas misteriosas potências cósmicas, concentrando-se no movimento dos jatos de onde essas forças se originam. O artigo é de coautoria do ex-aluno da UAH, Dr. Timothy Giblin, Dr.
“Apesar de serem estudados há mais de cinquenta anos, os mecanismos pelos quais os GRBs produzem luz ainda são desconhecidos, um grande mistério da astrofísica moderna”, explica Hakkila. "Compreender os GRBs nos ajuda a compreender alguns dos mecanismos de produção de luz mais rápidos e poderosos que a Natureza emprega. Os GRBs são tão brilhantes que podem ser vistos em toda a extensão do universo e - como a luz viaja a uma velocidade finita - eles nos permitem para voltar aos primeiros tempos em que as estrelas existiram."
Uma razão para o mistério é a incapacidade dos modelos teóricos de fornecer explicações consistentes das características da GRB para o seu comportamento na curva de luz. Na astronomia, uma curva de luz é um gráfico da intensidade da luz de um objeto celeste em função do tempo. O estudo das curvas de luz pode produzir informações significativas sobre os processos físicos que as produzem, bem como ajudar a definir as teorias sobre elas. Não existem duas curvas de luz GRB idênticas e a duração da emissão pode variar de milissegundos a dezenas de minutos como uma série de pulsos energéticos.
“Os pulsos são as unidades básicas de emissão GRB”, diz Hakkila. "Eles indicam momentos em que um GRB brilha e posteriormente desaparece. Durante o tempo em que um pulso GRB é emitido, ele sofre variações de brilho que às vezes podem ocorrer em escalas de tempo muito curtas. O estranho sobre essas variações é que elas são reversíveis da mesma forma que as palavras. como 'rotator' ou 'kayak' (palíndromos) são reversíveis.
"É muito difícil entender como isso pode acontecer, já que o tempo se move em apenas uma direção. O mecanismo que produz luz em um pulso GRB de alguma forma produz um padrão de brilho e, posteriormente, gera esse mesmo padrão na ordem inversa. Isso é muito estranho, e isso torna os GRBs únicos."
Geralmente, presume-se que a emissão GRB ocorre dentro de jatos relativísticos – poderosos fluxos de radiação e partículas – lançados a partir de buracos negros recém-formados.
“Nestes modelos, o núcleo de uma estrela massiva moribunda colapsa para formar um buraco negro, e o material que cai no buraco negro é dilacerado e redirecionado para fora ao longo de dois feixes opostos, ou jatos”, observa Hakkila. "O material do jato que aponta em nossa direção é ejetado quase à velocidade da luz. Como o GRB tem vida relativamente curta, sempre se presumiu que o jato permanece apontando para nós durante todo o evento. Mas as características do pulso invertido no tempo têm sido muito difíceis de explicar se eles se originam dentro de um jato imóvel."
Para ajudar a desmistificar essas características, o artigo propõe adicionar movimento ao jato.
“A ideia de um jato que se move lateralmente fornece uma solução simples pela qual a estrutura do pulso GRB invertido no tempo pode ser explicada”, diz o pesquisador. “À medida que o jato cruza a linha de visão, um observador verá a luz produzida primeiro por um lado do jato, depois pelo centro do jato e, finalmente, pelo outro lado do jato. o centro do jato cruza a linha de visão, e a estrutura radialmente simétrica ao redor do núcleo do jato será vista na ordem inversa à medida que o jato fica mais fraco."
A rápida expansão dos jatos de explosão de raios gama, juntamente com o movimento do “bocal” do jato em relação a um observador, funciona para ajudar a iluminar a estrutura dos jatos GRB.
“Os jatos devem pulverizar o material da mesma forma que uma mangueira de incêndio pulveriza água”, diz Hakkila. "O jato se comporta mais como um fluido do que como um objeto sólido, e um observador que pudesse ver o jato inteiro o veria como sendo curvo em vez de reto. O movimento do bocal faz com que a luz de diferentes partes do jato nos alcance em diferentes direções. vezes, e isso pode ser usado para entender melhor o mecanismo pelo qual o jato produz luz, bem como um laboratório para estudar os efeitos da relatividade especial."
