Astrónomos detetam “parente cósmico” de ondas gravitacionais

(dr) Rodion Kutsaev

Impressão de artista de uma estrela de neutrões

Há cerca de um ano, os astrónomos relataram animadamente a primeira deteção de ondas eletromagnéticas, ou luz, de uma fonte de ondas gravitacionais. Agora, um ano depois, investigadores estão a anunciar a existência de um parente cósmico desse acontecimento histórico.

A descoberta foi feita usando dados obtidos pelo Observatório de Raios-X Chandra, pelo Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi, pelo Observatório Swift Neil Gehrels, pelo Telescópio Espacial Hubble e pelo Telescópio do Discovery Channel.

O objeto do novo estudo, de nome GRB 150101B, foi reportado pela primeira vez como uma explosão de raios-gama detetada pelo Fermi em janeiro de 2015.

Esta deteção e observações de acompanhamento, noutros comprimentos de onda, mostram que GRB 150101B partilha semelhanças notáveis com a fusão de estrelas de neutrões e fonte de ondas gravitacionais descoberta pelo LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) e pelo seu equivalente europeu Virgo em 2017, conhecida como GW170817. O estudo mais recente conclui que esses dois objetos separados podem, de facto, estar relacionados.

“É um grande passo, ir de um objeto detetado para dois“, comenta Eleonora Troja, autora principal do estudo, do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland e da Universidade de Maryland em College Park. “A nossa descoberta diz-nos que eventos como GW170817 e GRB 150101B podem representar uma nova classe de objetos em erupção que ligam e desligam raios-X e podem, na verdade, ser relativamente comuns.”

Troja e colegas pensam que tanto GRB 150101B como GW170817 foram provavelmente produzidos pelo mesmo tipo de evento: a fusão de duas estrelas de neutrões, uma coalescência que gerou um jato estreito, ou feixe, de partículas altamente energéticas.

O jato produziu uma explosão curta e intensa de raios-gama (GRB), um flash de alta energia que pode durar apenas alguns segundos. GW170817 provou que esses eventos também podem criar ondulações no próprio espaço-tempo, chamadas ondas gravitacionais.

A aparente correspondência entre GRB 150101B e GW170817 é impressionante: ambos produziram uma explosão de raios-gama invulgarmente ténue, ambos foram uma fraca fonte de luz azul com a duração de alguns dias e a emissão de raios-X durou muito mais tempo. As galáxias hospedeiras são também incrivelmente similares, com base em observações do Telescópio Espacial Hubble e do Telescópio do Discovery Channel. Ambas são galáxias elípticas brilhantes com uma população de estrelas com alguns milhares de milhões de anos e sem evidências de nova formação estelar.

“Temos um caso de semelhanças cósmicas,” comenta o coautor Geoffrey Ryan da Universidade de Maryland em College Park. “Parecem iguais, agem da mesma maneira e vêm de vizinhanças semelhantes, de modo que a explicação mais simples é que pertencem à mesma família de objetos.”

Nos casos, tanto de GRB 150101B como de GW170817, o aumento lento na emissão de raios-X, em comparação com a maioria dos GRBs, implica que a explosão tenha provavelmente sido vista “fora do eixo”, isto é, com o jato não apontando diretamente para a Terra. A descoberta do objeto GRB 150101B representa apenas a segunda vez que os astrónomos detetaram um GRB curto fora do eixo.

Embora existam muitas semelhanças entre GRB 150101B e GW170817, existem duas diferenças muito importantes. Uma é a sua localização. GW170817 está a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, enquanto GRB 150101B está a mais ou menos 1,7 mil milhões de anos-luz de distância. Mesmo que o LIGO estivesse em operação no início de 2015, muito provavelmente não teria detetado ondas gravitacionais de GRB 150101B devido à sua distância maior.

“A beleza de GW170817 é que nos deu um conjunto de características, como marcadores genéticos, para identificar novos membros da família de objetos explosivos a distâncias ainda maiores do que o LIGO pode atualmente alcançar,” afirma o coautor Luigi Piro do Instituto Nacional de Astrofísica em Roma, Itália.

A emissão ótica de GRB150101B está em grande parte na porção azul do espectro, fornecendo uma pista importante de que este evento envolveu o que chamamos de uma quilonova, como visto em GW170817.

Uma quilonova é uma explosão extremamente poderosa que não apenas liberta uma grande quantidade de energia, mas também produz elementos importantes como ouro, platina e urânio que outras explosões estelares não produzem.

É possível que algumas fusões como as vistas em GW170817 e GRB 150101B tenham sido detetadas anteriormente como GRBs curtos, mas não foram identificadas com outros telescópios. Sem deteções em comprimentos de onda mais longos, como raios-X ou no visível, as posições dos GRBs não são precisas o suficiente para determinar em qual galáxia estão localizadas.

No caso de GRB 150101B, os astrónomos pensaram inicialmente que o equivalente era uma fonte de raios-X detetada pelo Swift no centro de uma galáxia, provavelmente de material a cair para um buraco negro supermassivo. No entanto, as observações de acompanhamento com o Chandra detetaram a homóloga verdadeira longe do centro da galáxia hospedeira.

A outra diferença importante entre GW170817 e GRB 150101B é que sem a deteção de ondas gravitacionais, a equipa não conhece as massas dos dois objetos que se fundiram. É possível que a fusão tenha ocorrido entre um buraco negro e uma estrela de neutrões, em vez de duas estrelas de neutrões.

“Precisamos de mais casos como GW170817 que combinam dados de ondas gravitacionais com eletromagnéticos para encontrar um exemplo entre uma estrela de neutrões e um buraco negro. Essa deteção seria a primeira do tipo,” comenta o coautor Hendrik Van Eerten da Universidade de Bath, no Reino Unido. “Os nossos resultados encorajaram-nos para encontrar mais fusões e para fazer uma tal deteção.”

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na passa terça-feira revista Nature Communications.

  // CCVAlg

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