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Uma equipe de astrônomos liderada pela Northwestern University desenvolveu o inventário mais extenso até hoje das galáxias onde se originam as explosões de raios gama curtos (SGRBs).
Usando vários instrumentos altamente sensíveis e modelagem sofisticada de galáxias, os pesquisadores identificaram as casas galácticas de 84 SGRBs e sondaram as características de 69 das galáxias hospedeiras identificadas. Entre suas descobertas, eles descobriram que cerca de 85% dos SGRBs estudados vêm de galáxias jovens e ativamente formadoras de estrelas.
Os astrônomos também descobriram que mais SGRBs ocorreram em épocas anteriores, quando o universo era muito mais jovem – e com distâncias maiores dos centros de suas galáxias hospedeiras – do que se sabia anteriormente. Surpreendentemente, vários SGRBs foram vistos longe de suas galáxias hospedeiras – como se tivessem sido “expulsos”, uma descoberta que levanta questões sobre como eles foram capazes de viajar para tão longe.
“Este é o maior catálogo de galáxias hospedeiras SGRB que já existiu, então esperamos que seja o padrão ouro por muitos anos”, disse Anya Nugent, uma estudante de pós-graduação da Northwestern que liderou o estudo focado na modelagem de galáxias hospedeiras. “Construir este catálogo e finalmente ter galáxias hospedeiras suficientes para ver padrões e tirar conclusões significativas é exatamente o que o campo precisava para impulsionar nossa compreensão desses eventos fantásticos e o que acontece com as estrelas depois que elas morrem”.
A equipe publicará dois artigos, detalhando o novo catálogo. Ambos os jornais serão publicados na segunda-feira, 21 de novembro em O Jornal Astrofísico. Como os SGRBs estão entre as explosões mais brilhantes do universo, a equipe chama seu catálogo de BRIGHT (Broadband Repository for Investigating Gamma-ray burst Host Traits). Todos os dados e produtos de modelagem da BRIGHT estão publicamente disponíveis on-line para uso da comunidade.
Nugent é um estudante de pós-graduação em física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern e membro do Centro de Exploração Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica (CIERA). Ela é aconselhada por Wen-fai Fong, professor assistente de física e astronomia em Weinberg e membro-chave do CIERA, que liderou um segundo estudo focado nas observações do hospedeiro SGRB.
Referência para futuras comparações
Quando duas estrelas de nêutrons colidem, elas geram flashes momentâneos de intensa luz de raios gama, conhecidos como SGRBs. Enquanto os raios gama duram apenas alguns segundos, a luz óptica pode continuar por horas antes de desaparecer abaixo dos níveis de detecção (um evento chamado de brilho residual). SGRBs são algumas das explosões mais luminosas do universo com, no máximo, uma dúzia detectada e identificada a cada ano. Atualmente, eles representam a única maneira de estudar e entender uma grande população de sistemas estelares de nêutrons em fusão.
Desde que o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA descobriu pela primeira vez um brilho residual SGRB em 2005, os astrônomos passaram os últimos 17 anos tentando entender quais galáxias produzem essas explosões poderosas. As estrelas dentro de uma galáxia podem fornecer informações sobre as condições ambientais necessárias para produzir SGRBs e podem conectar as misteriosas explosões às suas origens de fusão de estrelas de nêutrons. Até agora, apenas um SGRB (GRB 170817A) tem uma origem confirmada de fusão de estrela de nêutrons – já que foi detectado segundos depois que detectores de ondas gravitacionais observaram a fusão binária de estrelas de nêutrons (GW170817).
“Em uma década, a próxima geração de observatórios de ondas gravitacionais será capaz de detectar fusões de estrelas de nêutrons nas mesmas distâncias que detectamos com SGRBs hoje”, disse Fong. “Assim, nosso catálogo servirá como referência para comparação com futuras detecções de fusões de estrelas de nêutrons.”
“O catálogo pode realmente causar impactos além de apenas uma única classe de transientes como SGRBs”, disse Yuxin “Vic” Dong, co-autor do estudo e Ph.D em astrofísica. estudante da Noroeste. “Com a riqueza de dados e resultados apresentados no catálogo, acredito que uma variedade de projetos de pesquisa fará uso dele, talvez até de maneiras que ainda não pensamos.”
Informações sobre sistemas de estrelas de nêutrons
Para criar o catálogo, os pesquisadores usaram vários instrumentos altamente sensíveis no Observatório WM Keck, Observatórios Gemini, Observatório MMT, Observatório do Telescópio Binocular Grande e Telescópios Magalhães no Observatório Las Campanas para capturar imagens profundas e espectroscopia de algumas das galáxias mais fracas identificados na pesquisa de hosts SGRB. A equipe também usou dados de dois dos Grandes Observatórios da NASA, o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Espacial Spitzer.
Antes desses novos estudos, os astrônomos caracterizaram galáxias hospedeiras de apenas algumas dezenas de SGRBs. O novo catálogo quadruplica o número de amostras existentes. Com a vantagem de um conjunto de dados muito maior, o catálogo mostra que as galáxias hospedeiras do SGRB podem ser jovens e formadoras de estrelas. ou velho e se aproximando da morte. Isso significa que os sistemas de estrelas de nêutrons se formam em uma ampla gama de ambientes e muitos deles têm escalas de tempo rápidas de formação para fusão. Como as fusões de estrelas de nêutrons criam elementos pesados como ouro e platina, os dados do catálogo também aprofundarão a compreensão dos cientistas sobre quando os metais preciosos foram criados no universo.
“Suspeitamos que os SGRBs mais jovens que encontramos em galáxias hospedeiras mais jovens vêm de sistemas estelares binários que se formaram em uma ‘explosão’ de formação estelar e estão tão fortemente ligados que podem se fundir muito rapidamente”, disse Nugent. “Teorias de longa data sugeriram que deve haver maneiras de fundir estrelas de nêutrons rapidamente, mas, até agora, não fomos capazes de testemunhá-las. Encontramos evidências de SGRBs mais antigos nas galáxias que são muito mais antigas e acreditamos que as estrelas nessas as galáxias ou levaram mais tempo para formar um binário ou eram um sistema binário que foi ainda mais separado. Portanto, eles demoraram mais para se fundir.”
Potencial do JWST
Com a capacidade de detectar as galáxias hospedeiras mais fracas desde os primórdios do universo, o novo observatório infravermelho da NASA, o Telescópio Espacial James Webb (JWST), está pronto para avançar ainda mais na compreensão das fusões de estrelas de nêutrons e quão longe no tempo elas começou.
“Estou muito animado com a possibilidade de usar o JWST para investigar mais profundamente as casas desses raros eventos explosivos”, disse Nugent. “A capacidade do JWST de observar galáxias fracas no universo pode descobrir mais galáxias hospedeiras SGRB que atualmente evitam a detecção, talvez até mesmo revelando uma população desaparecida e um link para o início do universo”.
“Comecei as observações para este projeto há 10 anos e foi muito gratificante poder passar a tocha para a próxima geração de pesquisadores”, disse Fong. “É uma das maiores alegrias da minha carreira ver anos de trabalho ganhando vida neste catálogo, graças aos jovens pesquisadores que realmente levaram este estudo para o próximo nível.”
Os estudos foram apoiados pela National Science Foundation (números de prêmio AST-1814782 e AST-2047919), David e Lucile Packard Foundation, Alfred P. Sloan Foundation e Research Corporation for Scientific Advancement.
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