Ha¡ muito tempo e em todo o universo, uma enorme explosão de raios gama liberou mais energia em meio segundo do que o sol produziria durante toda a sua vida de 10 bilhaµes de anos.

Depois de examinar a explosão incrivelmente brilhante com comprimentos de onda a³pticos, de raio-X, infravermelho pra³ximo e de ra¡dio, uma equipe de astrofa­sica liderada pela Universidade Northwestern acredita que potencialmente detectou o nascimento de um magnetar.

Os pesquisadores acreditam que o magnetar foi formado pela fusão de duas estrelas de naªutrons, o que nunca foi observado. A fusão resultou em uma kilonova brilhante - a mais brilhante já vista - cuja luz finalmente atingiu a Terra em 22 de maio de 2020. A luz veio pela primeira vez como uma explosão de raios gama, chamada de explosão curta de raios gama.

"Quando duas estrelas de naªutrons se fundem, o resultado predito mais comum éque elas formam uma estrela de naªutrons pesada que colapsa em um buraco negro em milissegundos ou menos", disse Wen-fai Fong da Northwestern, que liderou o estudo. "Nosso estudo mostra que épossí­vel que, para esta explosão de raios gama curta em particular, o objeto pesado tenha sobrevivido. Em vez de colapsar em um buraco negro, ele se tornou um magnetar: uma estrela de naªutrons em rotação rápida com grandes campos magnanãticos, despejando energia seu ambiente circundante e criando o brilho muito forte que vemos. "

A pesquisa foi aceita pelo The Astrophysical Journal e serápublicada online ainda este ano.

Fong éprofessor assistente de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do CIERA (Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica). A pesquisa envolveu dois alunos de graduação, três alunos de graduação e três pa³s-doutorandos do laboratório de Fong.

Depois que a luz foi detectada pela primeira vez pelo Observatório Neil Gehrels Swift da NASA, os cientistas rapidamente recrutaram outros telesca³pios - incluindo o Telescópio Espacial Hubble da NASA, o Very Large Array, o Observatório WM Keck e a rede de Telescópios Globais do Observatório Las Cumbres - para estudar as consequaªncias da explosão e suas gala¡xia hospedeira.

A equipe de Fong percebeu rapidamente que algo não fazia sentido.

Em comparação com as observações de raios-X e ra¡dio, a emissão de infravermelho pra³ximo detectada com o Hubble era muito brilhante. Na verdade, era 10 vezes mais brilhante do que o previsto.

"Conforme os dados chegavam, esta¡vamos formando uma imagem do mecanismo que estava produzindo a luz que esta¡vamos vendo", disse o co-investigador do estudo, Tanmoy Laskar, da Universidade de Bath, no Reino Unido. "Conforme obtivemos as observações do Hubble, tivemos que mudar completamente nosso processo de pensamento, porque as informações que Hubble adicionou nos fizeram perceber que ta­nhamos que descartar nosso pensamento convencional e que havia um novo fena´meno acontecendo. Então, tivemos que descobrir sobre o que isso significou para a física por trás dessas explosaµes extremamente energanãticas. "

Fong e sua equipe discutiram várias possibilidades para explicar o brilho incomum - conhecido como uma explosão curta de raios gama - que o Hubble viu. Os pesquisadores acreditam que rajadas curtas são causadas pela fusão de duas estrelas de naªutrons, objetos extremamente densos com a massa do Sol comprimida no volume de uma grande cidade como Chicago. Embora a maioria das explosaµes de raios gama provavelmente resulte em um buraco negro, as duas estrelas de naªutrons que se fundiram neste caso podem ter se combinado para formar um magnetar, uma estrela de naªutrons supermassiva com um campo magnético muito poderoso.

“Basicamente, vocêtem essas linhas de campo magnético ancoradas na estrela que estãogirando cerca de 1.000 vezes por segundo, e isso produz um vento magnetizado”, explicou Laskar. "Essas linhas de campo girata³rias extraem a energia rotacional da estrela de naªutrons formada na fusão e depositam essa energia no material ejetado da explosão, fazendo com que o material brilhe ainda mais."

"Sabemos que magnetares existem porque os vemos em nossa gala¡xia", disse Fong. "Achamos que a maioria deles éformada na morte explosiva de estrelas massivas , deixando para trás essas estrelas de naªutrons altamente magnetizadas . No entanto, épossí­vel que uma pequena fração se forme em fusaµes de estrelas de naªutrons. Nunca vimos evidaªncias disso antes, muito menos na luz infravermelha, tornando esta descoberta especial. "

Espera-se que os quilonovas, que são normalmente 1.000 vezes mais brilhantes do que uma nova cla¡ssica, acompanhem as explosaµes curtas de raios gama. ašnica para a fusão de dois objetos compactos, kilonovae brilham a partir da decomposição radioativa de elementos pesados ​​ejetados durante a fusão, produzindo elementos cobia§ados como ouro e ura¢nio.

"Temos apenas uma kilonova confirmada e bem amostrada atéagora", disse Jillian Rastinejad, coautora do artigo e estudante de pós-graduação no laboratório de Fong. "Por isso, éespecialmente emocionante encontrar uma nova kilonova em potencial que parece tão diferente. Essa descoberta nos deu a oportunidade de explorar a diversidade de kilonova e seus objetos remanescentes."

Se o brilho inesperado visto pelo Hubble veio de um magnetar que depositou energia no material kilonova, então, dentro de alguns anos, o material ejetado da explosão ira¡ produzir luz que aparece em comprimentos de onda de ra¡dio. As observações posteriores de ra¡dio podem, em última análise, provar que se tratava de um magnetar , levando a uma explicação da origem de tais objetos.

"Agora que temos uma quilonova candidata muito brilhante", disse Rastinejad, "estou animado com as novas surpresas que as explosaµes curtas de raios gama e as fusaµes de estrelas de naªutrons nos reservam no futuro."