Tecnologia Científica

Cientistas espaciais resolvem um quebra-cabea§a de explosão de raios gama com décadas de duração
Os buracos negros são formados quando estrelas massivas (pelo menos 40 vezes maiores que o nosso Sol) morrem em uma explosão catastra³fica que alimenta uma onda de choque.
Por University of Bath - 16/06/2021


Impressão de uma saa­da de GRB mostrando a fase imediata (flash de raios gama), choque reverso e choque direto. Crédito: Nuria Jordana-Mitjans

Uma equipe internacional de cientistas, liderada por astrofisicos da Universidade de Bath, no Reino Unido, mediu o campo magnético em uma distante explosão de raios gama, confirmando pela primeira vez uma previsão tea³rica de décadas - que o campo magnético em essas ondas de explosão tornam-se embaralhadas após o material ejetado colidir e chocar com o meio circundante.

Os buracos negros são formados quando estrelas massivas (pelo menos 40 vezes maiores que o nosso Sol) morrem em uma explosão catastra³fica que alimenta uma onda de choque.  Esses eventos extremamente energanãticos expulsam o material a velocidades próximas a  velocidade da luz e fornecem flashes brilhantes de raios gama de curta duração que podem ser detectados por satanãlites orbitando a Terra - daa­ seu nome, Gamma-Ray Bursts (GRBs).

Os campos magnanãticos podem ser enfiados atravanãs do material ejetado e, conforme o buraco negro girata³rio se forma, esses campos magnanãticos se torcem em formas de saca-rolhas que parecem focalizar e acelerar o material ejetado.

Os campos magnanãticos não podem ser vistos diretamente, mas sua assinatura écodificada na luz produzida porpartículas carregadas (elanãtrons) que zunem em torno das linhas do campo magnético . Os telesca³pios ligados a  Terra captam essa luz, que viajou por milhões de anos pelo Universo.

Chefe de Astrofísica em Bath e especialista em raios gama, Professora Carole Mundell, disse: "Medimos uma propriedade especial da luz - polarização - para sondar diretamente as propriedades físicas do campo magnético que alimenta a explosão. Este éum a³timo resultado e resolve um quebra-cabea§a de longa data dessas explosaµes ca³smicas extremas - um quebra-cabea§a que venho estudando hámuito tempo. "

Capturando a luz cedo

O desafio écapturar a luz o mais rápido possí­vel após uma explosão e decodificar a física da explosão, prevendo-se que quaisquer campos magnanãticos primordiais sera£o destrua­dos quando a frente de choque em expansão colidir com os detritos estelares circundantes.

Este modelo prevaª luz com altos na­veis de polarização (> 10%) logo após a explosão, quando o campo primordial de grande escala ainda estãointacto e conduzindo o fluxo de saa­da. Mais tarde, a luz deve ser quase totalmente não polarizada, pois o campo éembaralhado na colisão.

A equipe de Mundell foi a primeira a descobrir a luz altamente polarizada minutos após a explosão que confirmou a presença de campos primordiais com estrutura em grande escala. Mas o cena¡rio para a expansão dos choques para a frente se mostrou mais controverso.
 
As equipes que observaram GRBs em um tempo mais lento - horas a um dia após uma explosão - encontraram baixa polarização e conclua­ram que os campos já haviam sido destrua­dos, mas não sabiam dizer quando ou como. Em contraste, uma equipe de astrônomos japoneses anunciou uma detecção intrigante de 10% de luz polarizada em um GRB, que eles interpretaram como um choque polarizado com campos magnanãticos ordenados de longa duração.

Autor principal do novo estudo, Bath Ph.D. a estudante Nuria Jordana-Mitjans, disse: "Essas raras observações eram difa­ceis de comparar, pois sondavam escalas de tempo e físicas muito diferentes. Nãohavia maneira de reconcilia¡-las no modelo padra£o."

O mistério permaneceu sem solução por mais de uma década, atéa análise da equipe de Bath do GRB 141220A.

No novo artigo, publicado hoje nos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society , a equipe do Professor Mundell relata a descoberta de polarização muito baixa na luz de choque frontal detectada apenas 90 segundos após a explosão do GRB 141220A. As observações super rápidas foram possa­veis graças ao software inteligente da equipe no telesca³pio roba³tico Liverpool totalmente auta´nomo e ao novo polara­metro RINGO3 - o instrumento que registrou a cor, brilho, polarização e taxa de desbotamento do GRB. Juntando esses dados, a equipe conseguiu provar que:

A luz originou-se no choque dianteiro.

As escalas de comprimento do campo magnético eram muito menores do que a equipe japonesa deduziu.

A explosão provavelmente foi impulsionada pelo colapso de campos magnanãticos ordenados nos primeiros momentos da formação de um novo buraco negro.

A misteriosa detecção de polarização pela equipe japonesa pode ser explicada por uma contribuição da luz polarizada do campo magnético primordial antes de ser destrua­do no choque.

A Sra. Jordana-Mitjans disse: "Este novo estudo baseia-se em nossa pesquisa que mostrou que os GRBs mais poderosos podem ser alimentados por campos magnanãticos ordenados em grande escala, mas apenas os telesca³pios mais rápidos tera£o um vislumbre de seu sinal de polarização caractera­stico antes de serem perdidos para a explosão. "

O professor Mundell acrescentou: "Agora precisamos expandir as fronteiras da tecnologia para sondar os primeiros momentos dessas explosaµes, capturar números estatisticamente significativos de explosaµes para estudos de polarização e colocar nossa pesquisa em um contexto mais amplo de acompanhamento em tempo real de multimensageiros do universo extremo. "

 

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