Fermi descobre nova característica na explosão de raios gama mais brilhante já observada

Em outubro de 2022, os astrónomos ficaram surpreendidos com a mais brilhante explosão de raios gama (GRB, sigla inglesa para “gamma-ray burst”), rapidamente apelidada de BOAT (“brightest of all time”, a mais brilhante de todos os tempos). Agora, uma equipa científica internacional relata que os dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA revelam uma característica nunca antes vista.

“Poucos minutos após a erupção da BOAT, o GBM (Gamma-ray Burst Monitor) do Fermi registou um pico de energia invulgar que chamou a nossa atenção”, disse a investigadora principal Maria Edvige Ravasio da Universidade Radboud em Nijmegen, Países Baixos, associada ao Observatório de Brera, parte do INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) em Merate, Itália. “Quando vi o sinal pela primeira vez, fiquei arrepiada. A nossa análise desde então mostra que é a primeira linha de emissão de alta confiança alguma vez observada em 50 anos de estudo de GRBs”.

O artigo científico acerca da descoberta foi publicado na edição de 26 de julho da revista Science.

Quando a matéria interage com a luz, a energia pode ser absorvida e reemitida de formas características. Estas interações podem aumentar ou diminuir o brilho de determinadas cores (ou energias), produzindo características chave visíveis quando a luz é espalhada, como um arco-íris, num espetro. Estas características podem revelar uma grande quantidade de informações, como por exemplo os elementos químicos envolvidos na interação. A energias mais elevadas, as características espetrais podem revelar processos específicos de partículas, como a aniquilação de matéria e antimatéria para produzir raios gama.

“Embora alguns estudos anteriores tenham relatado possíveis evidências de características de absorção e emissão noutras GRBs, o escrutínio subsequente revelou que tudo isto poderia ser apenas flutuações estatísticas. O que vemos na BOAT é diferente”, disse o coautor Om Sharan Salafia do Observatório INAF-Brera em Milão, Itália. “Determinámos que a probabilidade desta característica ser apenas uma flutuação de ruído é inferior a uma em meio bilião.”

As GRBs são as explosões mais poderosas do cosmos e emitem grandes quantidades de raios gama, a forma mais energética de luz. O tipo mais comum ocorre quando o núcleo de uma estrela massiva esgota o seu combustível, entra em colapso e forma um buraco negro que gira rapidamente. A matéria que cai no buraco negro gera jatos de partículas com direções opostas que atravessam as camadas exteriores da estrela quase à velocidade da luz. Detetamos GRBs quando um destes jatos aponta quase diretamente para a Terra.

A BOAT, formalmente conhecida como GRB 221009A, entrou em erupção no dia 9 de outubro de 2022 e saturou imediatamente a maioria dos detetores de raios gama em órbita, incluindo os do Fermi. Este facto impediu os cientistas de medir a parte mais intensa da explosão. As observações reconstruídas, juntamente com argumentos estatísticos, sugerem que a BOAT, se fizer parte da mesma população de GRBs anteriormente detetadas, foi provavelmente a explosão mais brilhante a aparecer nos céus da Terra em 10.000 anos.

A suposta linha de emissão aparece quase 5 minutos depois da explosão ter sido detetada e muito depois de ter escurecido o suficiente para acabar com os efeitos de saturação no Fermi. A linha persistiu durante pelo menos 40 segundos e a emissão atingiu um pico de energia de cerca de 12 MeV (milhões de eletrões-volt). Para comparação, a energia da luz visível varia entre 2 e 3 eletrões-volt.

Então, o que é que produziu esta característica espetral? A equipa considera que a fonte mais provável é a aniquilação de eletrões e dos seus homólogos antimatéria, os positrões.

“Quando um eletrão e um positrão colidem, aniquilam-se, produzindo um par de raios gama com uma energia de 0,511 MeV”, disse o coautor Gor Oganesyan do Instituto Científico Gran Sasso e do Laboratório Nacional Gran Sasso em L’Aquila, Itália. “Como estamos a olhar para o jato, onde a matéria se move quase à velocidade da luz, esta emissão sofre um grande desvio para o azul e é empurrada para energias muito mais elevadas”.

Se esta interpretação estiver correta, para produzir uma linha de emissão com um pico de 12 MeV, as partículas aniquiladoras deveriam estar a mover-se na nossa direção a cerca de 99,9% da velocidade da luz.

“Após décadas de estudo destas incríveis explosões cósmicas, ainda não compreendemos os pormenores do funcionamento destes jatos”, comentou Elizabeth Hays, cientista do projeto Fermi no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, EUA. “Encontrar pistas como esta notável linha de emissão vai ajudar os cientistas a investigar mais profundamente este ambiente extremo.”

// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade Radboud (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Science)

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