Astrónomos encontram raios-X que perduram anos após colisão de estrelas de neutrões

Já se passaram três anos desde a deteção histórica de ondas gravitacionais oriundas da fusão de duas estrelas de neutrões. E desde aquele dia que uma equipa internacional de investigadores, incluindo o astrofísico Bing Zhang da Universidade do Nevada, Las Vegas, EUA, tem vindo a monitorizar continuamente as emissões subsequentes de radiação a fim de fornecer a imagem mais completa de tal evento.

A sua análise fornece explicações possíveis para os raios-X que continuaram a irradiar da colisão muito depois do que os modelos previam que parasse. O estudo também revela que os modelos atuais de estrelas de neutrões carecem de informações importantes. O artigo, no qual Zhang foi um teórico colaborador e coautor, foi publicado dia 12 de outubro na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“Estamos a entrar numa nova fase da nossa compreensão das estrelas de neutrões,” disse Eleonora Troja, cientista associada da Universidade de Maryland e autora principal do artigo. “Não sabemos realmente o que esperar deste ponto em diante, porque todos os nossos modelos não previam nenhuns raios-X e ficámos surpresos ao vê-los 1000 dias após a deteção do evento de colisão. Podem ser necessários anos para descobrir a resposta ao que está a acontecer, mas a nossa investigação abre a porta a muitas possibilidades.”

A fusão de estrelas de neutrões que a equipa estudou – GW170817 – foi identificada pela primeira vez graças a ondas gravitacionais detetadas no dia 17 de agosto de 2017. Em poucas horas, telescópios de todo o mundo começaram a observar no espectro eletromagnético, incluindo raios-gama e luz emitida pela explosão. Foi a primeira e única vez que os astrónomos foram capazes de observar a radiação associada às ondas gravitacionais, embora já soubessem há muito que essa radiação existe. Todas as outras ondas gravitacionais observadas até à data tiveram origem em eventos que estão demasiado distantes ou que não emitem radiação eletromagnética brilhante o suficiente para ser detetada da Terra.

Segundos após a deteção de GW170817, os cientistas registaram o jato inicial de energia, conhecido como GRB (“gamma-ray burst”, explosão de raios-gama em português), depois uma quilonova mais lenta, uma nuvem de gás que explodiu depois do jato inicial. A luz da quilonova durou cerca de três semanas e depois desvaneceu. Entretanto, nove dias depois da deteção da primeira onda gravitacional, os telescópios observaram algo que nunca tinham observado antes: raios-X.

Os modelos científicos baseados na astrofísica conhecida previram que, à medida que o jato inicial de uma colisão de estrelas de neutrões se move através do espaço interestelar, este cria a sua própria onda de choque, que emite raios-X, ondas de rádio e luz. Isto é conhecido como brilho residual. Observou-se que esta pós-luminescência aumentou no início, atingiu o seu pico cerca de 160 dias após a deteção das ondas gravitacionais e depois diminuiu rapidamente. Depois de três anos, as ondas rádio e a luz desapareceram, mas os raios-X permanecem. Foram observados pela última vez pelo Observatório de raios-X Chandra dois anos e meio depois da deteção inicial de GW170817

O artigo científico sugere algumas explicações possíveis para as emissões de raios-X de longa duração. Uma possibilidade é que estes raios-X representam uma característica completamente nova do pós-brilho de uma colisão, e que a dinâmica de uma explosão de raios-gama é talvez, de alguma forma, diferente do esperado. Outra possibilidade é que a quilonova e a nuvem de gás em expansão, por trás do jato inicial de radiação, possam ter criado a sua própria onda de choque que demorou mais para chegar à Terra. Uma terceira possibilidade é que algo pode ter sido deixado para trás após a colisão, talvez o remanescente de uma massiva estrela de neutrões que emite raios-X.

“Esta terceira possibilidade é intrigante, porque colocará uma restrição importante na equação pouco conhecida do estado da matéria nuclear,” disse Zhang. “O monitoramento a longo prazo da radiação eletromagnética, desta e de outras futuras fusões de estrelas de neutrões binárias, ajudará a resolver este problema fundamental da física.”

São necessárias muitas mais análises antes que os investigadores possam confirmar exatamente de onde vieram os raios-X remanescentes. Algumas respostas podem já chegar em dezembro, quando o telescópio Chandra observar novamente a fonte de GW170817.

“Este pode ser o último suspiro de uma fonte histórica ou o início de uma nova história, na qual o sinal se ilumina novamente no futuro e poderá permanecer visível durante décadas ou mesmo séculos,” disse Troja. “Aconteça o que acontecer, este evento está a mudar o que sabemos sobre as fusões das estrelas de neutrões e a reescrever os nossos modelos”.

// Universidade do Nevada, Las Vegas (comunicado de imprensa)
// Universidade do Maryland (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais:

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ScienceDaily

GW170817:
LIGO
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Estrelas de neutrões:
Wikipedia
Universidade de Maryland

Ondas gravitacionais:
GraceDB (Gravitational Wave Candidate Event Database)
Wikipedia
Astronomia de ondas gravitacionais – Wikipedia
Ondas gravitacionais: como distorcem o espaço – Universe Today
Detetores: como funcionam – Universe Today
As fontes de ondas gravitacionais – Universe Today
O que é uma onda gravitacional (YouTube)

Quilonova:
Wikipedia

Observatório de raios-X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
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