A explosão de raios gama mais brilhante já vista veio de uma estrela em colapso
Esta ilustração artística mostra duas estrelas de nêutrons colidindo. Conhecidos como eventos “quilonova”, eles são o único local confirmado do processo-r que forja elementos pesados. Créditos:Elizabeth Wheatley (STScI) Depois de uma viagem que durou cerca de dois bilhões de anos, fótons de uma explosão de raios gama (GRB) extremamente energética atingiram os sensores do Observatório Neil Gehrels Swift e do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi em 9 de outubro de 2022. A GRB durou sete minutos, mas ficou visível por muito mais tempo. Até mesmo astrônomos amadores detectaram a poderosa explosão nas frequências visíveis.
Foi tão poderoso que afetou a atmosfera da Terra, um feito notável a mais de dois mil milhões de anos-luz de distância. É o GRB mais brilhante já observado e, desde então, os astrofísicos têm procurado a sua origem.
A NASA diz que os GRBs são as explosões mais poderosas do universo. Eles foram detectados pela primeira vez no final da década de 1960 por satélites americanos lançados para vigiar a URSS. Os americanos estavam preocupados com a possibilidade de os russos continuarem a testar armas atómicas, apesar de terem assinado o Tratado de Proibição de Testes Nucleares de 1963.
Agora, detectamos cerca de um GRB diariamente, e eles estão sempre em galáxias distantes. Os astrofísicos lutaram para explicá-los, apresentando diferentes hipóteses. Houve tanta pesquisa sobre eles que, no ano 2.000, uma média de 1,5 artigos sobre GRBs foram publicados diariamente em revistas científicas.
Houve muitas causas propostas diferentes. Alguns pensavam que os GRBs poderiam ser liberados quando os cometas colidissem com estrelas de nêutrons. Outros pensaram que poderiam vir do colapso de estrelas massivas para se tornarem buracos negros. Na verdade, os cientistas se perguntaram se quasares, supernovas, pulsares e até mesmo aglomerados globulares poderiam ser a causa dos GRBs ou de alguma forma associados a eles.
GRBs são confusos porque suas curvas de luz são muito complexas. Não há dois idênticos. Mas os astrofísicos fizeram progressos e aprenderam algumas coisas. GRBs de curta duração são causados pela fusão de duas estrelas de nêutrons ou pela fusão de uma estrela de nêutrons e um buraco negro. GRBs de longa duração são causados pelo colapso de uma estrela massiva e formação de um buraco negro.
Novas pesquisas em Astronomia da Natureza examinou o ultraenergético GRB 221009A, apelidado de "B.O.A.T:Brightest Of All Time", e encontrou algo surpreendente. Quando foi inicialmente descoberto, os cientistas disseram que foi causado pelo colapso de uma estrela massiva em um buraco negro. A nova pesquisa não contradiz isso. Mas apresenta um novo mistério:porque é que não existem elementos pesados na supernova recentemente descoberta?
A pesquisa é “detecção JWST de uma supernova associada ao GRB 221009A sem uma assinatura do processo r”. O autor principal é Peter Blanchard, bolsista de pós-doutorado do Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA).
“O GRB era tão brilhante que obscureceu qualquer assinatura potencial de supernova nas primeiras semanas e meses após a explosão”, disse Blanchard. "Nesses momentos, o chamado brilho residual do GRB era como os faróis de um carro vindo direto em sua direção, impedindo que você visse o carro em si. Então, tivemos que esperar que ele diminuísse significativamente para nos dar uma chance de vendo a supernova."
"Quando confirmamos que o GRB foi gerado pelo colapso de uma estrela massiva, isso deu-nos a oportunidade de testar uma hipótese sobre como alguns dos elementos mais pesados do Universo são formados," disse o autor principal Blanchard.
"Não vimos assinaturas desses elementos pesados, sugerindo que GRBs extremamente energéticos como o BOAT não produzem esses elementos. Isso não significa que todos os GRBs não os produzam, mas é uma informação importante à medida que continuamos a entender de onde vêm esses elementos pesados. Observações futuras com o JWST determinarão se os primos 'normais' do B.O.A.T. produzem esses elementos.
Os cientistas sabem que as explosões de supernovas criam elementos pesados. Eles são uma importante fonte de elementos desde o oxigênio (número atômico 8) até o rubídio (número atômico 37) no meio interestelar. Eles também produzem elementos mais pesados do que isso. Elementos pesados são necessários para formar planetas rochosos como a Terra e para a própria vida. Mas é importante notar que os astrofísicos não compreendem completamente como os elementos pesados são produzidos.
"Este evento é particularmente emocionante porque alguns levantaram a hipótese de que uma explosão luminosa de raios gama como a BOAT poderia produzir muitos elementos pesados como ouro e platina", disse a segunda autora Ashley Villar, da Universidade de Harvard e do Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian. "Se eles estivessem corretos, o BOAT deveria ter sido uma mina de ouro. É realmente impressionante que não tenhamos visto nenhuma evidência desses elementos pesados."
As estrelas forjam elementos pesados por nucleossíntese. Três processos são responsáveis por isso:o processo p, o processo s e o processo r (processo de captura de prótons, processo lento de captura de nêutrons e processo rápido de captura de nêutrons). processo e é responsável por cerca de metade dos elementos mais pesados que o ferro. O processo r também é responsável pelos isótopos mais estáveis desses elementos pesados.
Isso é tudo para ilustrar a importância do processo r no universo.
Os pesquisadores usaram o JWST para chegar ao fundo do GRB 221009A. O GRB foi obscurecido pela Via Láctea, mas o JWST detecta a luz infravermelha e vê através do gás e da poeira da Via Láctea. O NIRSpec (espectrógrafo de infravermelho próximo) do telescópio detecta elementos como oxigênio e cálcio, geralmente encontrados em supernovas. Mas as assinaturas não eram muito brilhantes, o que foi uma surpresa considerando o quão brilhante era a supernova.
“Não é mais brilhante do que as supernovas anteriores”, disse o autor principal, Blanchard. "Parece bastante normal no contexto de outras supernovas associadas a GRBs menos energéticas. Você poderia esperar que a mesma estrela em colapso produzindo uma GRB muito energética e brilhante também produziria uma supernova muito energética e brilhante. Mas acontece que não é o caso .Temos este GRB extremamente luminoso, mas uma supernova normal."
A confirmação da presença da supernova foi um grande passo para a compreensão do GRB 221009A. Mas a falta de uma assinatura do processo R ainda é confusa.
Os cientistas apenas confirmaram o processo r na fusão de duas estrelas de nêutrons, chamada explosão de quilonova. Mas existem muito poucas fusões de estrelas de nêutrons para explicar a abundância de elementos pesados.