A temperatura de partículas elementares foi observada no brilho radioativo após a colisão de duas estrelas de nêutrons e o nascimento de um buraco negro. Isso tornou possível, pela primeira vez, medir as propriedades físicas microscópicas nesses eventos cósmicos.

Simultaneamente, ele revela como observações instantâneas feitas em um instante representam um objeto esticado ao longo do tempo. A descoberta foi feita por astrofísicos do Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhague, e foi publicada em Astronomy & Astrophysics .

A colisão de duas estrelas de nêutrons criou o menor buraco negro já observado. A dramática colisão cósmica resultou, além do nascimento de um buraco negro, em uma bola de fogo, expandindo-se quase à velocidade da luz. Nos dias seguintes, ela brilhou com uma luminosidade comparável a centenas de milhões de sóis.

Este objeto luminoso, também conhecido como quilonova, brilha intensamente devido à emissão de grandes quantidades de radiação provenientes da decomposição de elementos pesados e radioativos criados na explosão.

Ao combinar as medições da luz da quilonova, feitas com telescópios ao redor do mundo, uma equipe internacional de pesquisadores, liderada pelo Cosmic DAWN Center no Instituto Niels Bohr, chegou mais perto da natureza enigmática da explosão e chegou mais perto da resposta de uma antiga questão astrofísica: de onde vêm os elementos mais pesados que o ferro?

"Esta explosão astrofísica se desenvolve dramaticamente hora a hora, então nenhum telescópio pode seguir sua história inteira. O ângulo de visão dos telescópios individuais para o evento é bloqueado pela rotação da Terra.

"Mas ao combinar as medições existentes da Austrália, África do Sul e do Telescópio Espacial Hubble, podemos acompanhar seu desenvolvimento em grande detalhe. Mostramos que o todo mostra mais do que a soma dos conjuntos individuais de dados", diz Albert Sneppen, aluno de doutorado no Instituto Niels Bohr e líder do novo estudo.

Logo após a colisão, a matéria estelar fragmentada tem uma temperatura de muitos bilhões de graus. Mil vezes mais quente que até mesmo o centro do sol e comparável à temperatura do universo apenas um segundo após o Big Bang.

Temperaturas tão extremas fazem com que os elétrons não fiquem ligados aos núcleos atômicos, mas sim flutuando no que é chamado de plasma ionizado.

Os elétrons "dançam" ao redor. Mas nos momentos, minutos, horas e dias seguintes, a matéria estelar esfria, assim como o universo inteiro após o Big Bang.

O universo havia esfriado o suficiente 370.000 anos após o Big Bang para que os elétrons se ligassem aos núcleos atômicos e formassem os primeiros átomos. A luz agora podia viajar livremente no universo porque não estava mais bloqueada pelos elétrons livres.

Isso significa que a luz mais antiga que podemos ver na história do universo é essa chamada "radiação cósmica de fundo" — uma colcha de retalhos de luz, constituindo o fundo remoto do céu noturno. Um processo semelhante de unificação de elétrons com núcleos atômicos pode agora ser observado na matéria estelar da explosão.

Um dos resultados concretos é a observação de elementos pesados como estrôncio e ítrio. Eles são fáceis de detectar, mas é provável que muitos outros elementos pesados, cuja origem não tínhamos certeza, também tenham sido criados na explosão.

"Agora podemos ver o momento em que núcleos atômicos e elétrons estão se unindo no pós-brilho. Pela primeira vez vemos a criação de átomos, podemos medir a temperatura da matéria e ver a microfísica nesta explosão remota.

"É como admirar três radiações cósmicas de fundo nos cercando de todos os lados, mas aqui, conseguimos ver tudo de fora. Vemos antes, durante e depois do momento do nascimento dos átomos", diz Rasmus Damgaard, aluno de doutorado no Cosmic DAWN Center e coautor do estudo.

Kasper Heintz, coautor e professor assistente no Instituto Niels Bohr, continua: "A matéria se expande tão rápido e ganha tamanho tão rapidamente, a ponto de levar horas para a luz viajar através da explosão. É por isso que, apenas observando a extremidade remota da bola de fogo, podemos ver mais para trás na história da explosão.

"Mais perto de nós, os elétrons se prenderam aos núcleos atômicos, mas do outro lado, no lado mais distante do buraco negro recém-nascido, o 'presente' ainda é apenas o futuro."