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O Observatório Internacional Gemini rastreia explosão de raios gama no núcleo da antiga galáxia, sugerindo que as estrelas podem sofrer colisões do tipo derby de demolição.
Astrônomos que estudam uma poderosa explosão de raios gama (GRB) com o telescópio Gemini South, operado pelo NOIRLab da NSF, podem ter detectado uma maneira nunca antes vista de destruir uma estrela. Ao contrário da maioria dos GRBs, que são causados pela explosão de estrelas massivas ou fusões casuais de estrelas de nêutrons, os astrônomos concluíram que esse GRB veio da colisão de estrelas ou remanescentes estelares no ambiente repleto de um buraco negro supermassivo no núcleo de uma galáxia antiga.
A maioria das estrelas do Universo morre de maneira previsível, dependendo de sua massa. Estrelas de massa relativamente baixa, como o nosso Sol, perdem suas camadas externas na velhice e, eventualmente, desaparecem para se tornar estrelas anãs brancas. Estrelas mais massivas queimam com mais intensidade e morrem mais cedo em explosões cataclísmicas de supernovas, criando objetos ultradensos como estrelas de nêutrons e buracos negros. Se dois desses remanescentes estelares formarem um sistema binário, eles também podem eventualmente colidir. Novas pesquisas, no entanto, apontam para uma quarta opção há muito hipotetizada, mas nunca antes vista.
Enquanto procuravam as origens de uma explosão de raios gama de longa duração (GRB), astrônomos usando o telescópio Gemini South no Chile, parte do Observatório Internacional Gemini operado pelo NOIRLab da NSF, e outros telescópios [1]descobriram evidências de uma colisão semelhante a uma demolição de estrelas ou remanescentes estelares na região caótica e densamente compactada perto do buraco negro supermassivo de uma antiga galáxia.
“Esses novos resultados mostram que as estrelas podem morrer em algumas das regiões mais densas do Universo, onde podem ser levadas a colidir”, disse Andrew Levan, astrônomo da Radboud University, na Holanda, e principal autor de um artigo publicado no revista Nature Astronomy. “Isso é empolgante para entender como as estrelas morrem e para responder a outras perguntas, como quais fontes inesperadas podem criar ondas gravitacionais que poderíamos detectar na Terra”.
Galáxias antigas já passaram há muito tempo de seu auge de formação estelar e teriam poucas estrelas gigantes remanescentes, se é que alguma, a principal fonte de longas GRBs. Seus núcleos, no entanto, estão repletos de estrelas e um zoológico de remanescentes estelares ultradensos, como estrelas anãs brancas, estrelas de nêutrons e buracos negros. Os astrônomos há muito suspeitam que na turbulenta colméia de atividade em torno de um buraco negro supermassivo, seria apenas uma questão de tempo até que dois objetos estelares colidissem para produzir um GRB. A evidência para esse tipo de fusão, no entanto, tem sido elusiva.
Os primeiros indícios de que tal evento ocorreu foram vistos em 19 de outubro de 2019, quando o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA detectou um flash brilhante de raios gama que durou pouco mais de um minuto. Qualquer GRB com duração superior a dois segundos é considerado “longo”. Essas explosões normalmente vêm da morte de supernova de estrelas com pelo menos 10 vezes a massa do nosso Sol – mas nem sempre.
Os pesquisadores então usaram o Gemini South para fazer observações de longo prazo do brilho residual do GRB para aprender mais sobre suas origens. As observações permitiram que os astrônomos identificassem a localização do GRB em uma região a menos de 100 anos-luz do núcleo de uma antiga galáxia, o que o colocou muito perto do buraco negro supermassivo da galáxia. Os pesquisadores também não encontraram evidências de uma supernova correspondente, que deixaria sua marca na luz estudada pela Gemini South.
“Nossa observação de acompanhamento nos disse que, em vez de ser uma estrela massiva em colapso, a explosão foi provavelmente causada pela fusão de dois objetos compactos”, disse Levan. “Ao identificar sua localização no centro de uma antiga galáxia previamente identificada, tivemos a primeira evidência tentadora de um novo caminho para as estrelas encontrarem sua morte”.
Em ambientes galácticos normais, acredita-se que a produção de GRBs longos a partir de remanescentes estelares em colisão, como estrelas de nêutrons e buracos negros, seja extremamente rara. Os núcleos de galáxias antigas, no entanto, são tudo menos normais e pode haver um milhão ou mais de estrelas amontoadas em uma região de apenas alguns anos-luz de diâmetro. Essa densidade populacional extrema pode ser grande o suficiente para que colisões estelares ocasionais possam ocorrer, especialmente sob a influência gravitacional titânica de um buraco negro supermassivo, que perturbaria os movimentos das estrelas e as enviaria em direções aleatórias. Eventualmente, essas estrelas rebeldes se cruzariam e se fundiriam, provocando uma explosão titânica que poderia ser observada a partir de vastas distâncias cósmicas.
É possível que tais eventos ocorram rotineiramente em regiões igualmente lotadas em todo o Universo, mas tenham passado despercebidos até agora. Uma possível razão para sua obscuridade é que os centros galácticos estão repletos de poeira e gás, o que pode obscurecer tanto o flash inicial do GRB quanto o brilho resultante. Este GRB em particular, identificado como GRB 191019A, pode ser uma rara exceção, permitindo aos astrônomos detectar a explosão e estudar seus efeitos posteriores.
Os pesquisadores gostariam de descobrir mais desses eventos. A esperança deles é combinar uma detecção de GRB com uma detecção de onda gravitacional correspondente, o que revelaria mais sobre sua verdadeira natureza e confirmaria suas origens, mesmo nos ambientes mais sombrios. O Observatório Vera C. Rubin, quando estiver online em 2025, será inestimável nesse tipo de pesquisa.
“Estudar explosões de raios gama como essas é um ótimo exemplo de como o campo é realmente avançado por muitas instalações trabalhando juntas, desde a detecção do GRB, até as descobertas de brilhos posteriores e distâncias com telescópios como o Gemini, até a dissecação detalhada de eventos. com observações em todo o espectro eletromagnético”, disse Levan.
“Essas observações contribuem para a rica herança de Gemini, desenvolvendo nossa compreensão da evolução estelar”, diz Martin Still, diretor do programa da NSF para o Observatório Internacional Gemini. “As observações sensíveis ao tempo são uma prova das operações ágeis de Gemini e sensibilidade a eventos distantes e dinâmicos em todo o Universo”.
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