NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine
Esta impressão de artista ilustra a fusão de duas estrelas de neutrões.
Uma série de explosões de raios-gama (ou em inglês GRB – gamma-ray burst) aparecem como flashes solitários altamente energéticos longe de qualquer casa galáctica óbvia, levantando questões sobre as suas verdadeiras origens e distâncias.
Utilizando dados de alguns dos telescópios mais poderosos da Terra e no espaço, incluindo o Observatório W. M. Keck e o Gemini North em Maunakea, Hawaii, os astrónomos podem finalmente ter encontrado as suas verdadeiras origens — uma população de galáxias distantes a quase 10 mil milhões de anos-luz de distância.
Uma equipa internacional de astrónomos descobriu que certos GRBs curtos não tiveram origem como náufragos na vastidão do espaço intergaláctico, tal como inicialmente apareceram.
Um estudo mais profundo, recorrendo a vários observatórios, descobriu ao invés que estes GRBs isolados ocorreram, de facto, em galáxias notavelmente distantes — e, portanto, fracas — até 10 mil milhões de anos-luz de distância.
Esta descoberta sugere que os GRBs curtos, que se formam durante as colisões de estrelas de neutrões, podem ter sido mais comuns no passado do que o esperado.
Dado que as fusões de estrelas de neutrões formam elementos pesados, incluindo ouro e platina, o Universo pode ter sido semeado com metais preciosos mais cedo do que se esperava também.
O estudo foi aceite para publicação na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e está disponível no site de pré-impressão arXiv.org.
“Muitos GRBs curtos são encontrados em galáxias brilhantes relativamente próximas de nós, mas alguns deles parecem não ter casa galáctica correspondente”, disse Brendan O’Connor, autor principal do estudo e astrónomo da Universidade de Maryland e da Universidade George Washington.
“Ao identificarmos a origem dos GRBs curtos, conseguimos passar a pente fino a enorme quantidade de dados de múltiplos observatórios para encontrar o fraco brilho de galáxias que eram simplesmente demasiado distantes para serem antes reconhecidas”.
Metodologia
Esta limpeza cósmica exigiu o poder combinado de alguns dos telescópios mais poderosos da Terra e no espaço, incluindo dois observatórios no Hawaii — o Observatório W. M. Keck e o telescópio Gemini North — bem como o telescópio Gemini South no Chile. Os dois telescópios Gemini perfazem o Observatório Internacional Gemini, operado pelo NOIRLab da NSF (National Science Foundation).
Outros observatórios envolvidos nesta investigação incluem o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, o LDT (Lowell Discovery Telescope) no Arizona, o GTC (Gran Telescopio Canarias) na Espanha e o VLT (Very Large Telescope) do ESO no Chile.
Os investigadores começaram a sua busca analisando dados de 120 GRBs capturados por dois instrumentos a bordo do Observatório Neil Gehrels Swift da NASA: o BAT (Burst Alert Telescope), que sinalizou que tinha sido detetada uma explosão; e o XRT (X-ray Telescope), que identificou a localização geral do brilho de raios-X do GRB. Estudos adicionais do seu brilho remanescente, feitos com o Observatório Lowell, identificaram com maior precisão a localização dos GRBs.
Os estudos posteriores descobriram que 43 dos GRBs curtos não estavam associados a nenhuma galáxia conhecida e apareceram no espaço comparativamente vazio entre as galáxias.
“Estes GRBs sem ‘casa galáctica’ apresentavam-se um mistério intrigante e os astrónomos tinham proposto duas explicações para a sua existência aparentemente isolada”, disse O’Connor.
Uma hipótese era que as estrelas de neutrões progenitoras se formaram como um par binário dentro de uma galáxia distante, entraram à deriva no espaço intergaláctico e eventualmente se fundiram milhares de milhões de anos mais tarde.
A outra hipótese era que as estrelas de neutrões se fundiram a muitos milhares de milhões de anos-luz de distância nas suas galáxias hospedeiras, que agora aparecem extremamente fracas devido à sua vasta distância da Terra.
“Achámos que este segundo cenário era o mais plausível para explicar uma grande fração de eventos sem galáxia hospedeira”, disse O’Connor. “Utilizámos então os telescópios mais poderosos da Terra para recolher imagens profundas das posições dos GRBs e descobrimos galáxias de outra maneira invisíveis a 8-10 mil milhões de anos-luz da Terra”.
Para fazer estas deteções, os astrónomos utilizaram uma variedade de instrumentos óticos e infravermelhos, incluindo o LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) e o MOSFIRE (Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration) do Observatório Keck, bem como os dois GMOS (Gemini Multi-Object Spectrographs) acoplados em ambos o Gemini North como no Gemini South.
O que se segue
Este resultado pode ajudar os astrónomos a melhor compreender a evolução química do Universo. A fusão de estrelas de neutrões desencadeia uma série de reações nucleares em cascata que são necessárias para produzir metais pesados, como ouro, platina e tório.
A redução da escala de tempo cósmico na fusão de estrelas de neutrões significa que o jovem Universo era muito mais rico em elementos pesados do que se pensava anteriormente.
“Isto empurra a escala de tempo para trás quando o Universo recebeu o ‘toque Midas’ e se tornou semeado com os elementos mais pesados da tabela periódica“, disse O’Connor.
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