Em 2023, telescópios ao redor do mundo captaram um dos flashes de luz mais brilhantes já registrados no universo. Batizado de GRB 230307A, o evento foi classificado como um gamma-ray burst, ou seja, uma explosão de raios gama. Uma equipe internacional, com participação de pesquisadores de diferentes países e liderada por pesquisadores brasileiros, entre eles o professor do Departamento de Física da Ufes Davi Rodrigues, investigou a origem dessa explosão. O estudo, intitulado Probing the Origin of the Kilonova Candidate GRB 230307A: Analysis of Host Galaxy and Offset (Investigando a origem da candidata a kilonova GRB 230307A: Análise da galáxia hospedeira e do deslocamento), acaba de ser publicado na revista Astrophysical Journal Letters, uma das mais importantes da astrofísica.
Rodrigues explica que uma explosão de raios gama (GRB do inglês) pode durar apenas alguns minutos, mas libera energia comparável à emitida pelo Sol ao longo de bilhões de anos. “Analisando a luz emitida (espectro), foi verificado anteriormente que a explosão era provavelmente uma kilonova: o clarão produzido pela colisão de duas estrelas de nêutrons [que são os restos ultradensos deixados por estrelas massivas que morreram]. Essas colisões, além de raras e fascinantes, são responsáveis por formar elementos pesados, como o ouro e a platina que existem na Terra”, explica.
Segundo o professor, o que chamou a atenção de astrônomos e físicos não foi apenas a explosão em si, mas o lugar onde ela ocorreu: a kilonova estava a cerca de 130 mil anos luz de distância de sua galáxia hospedeira (distância maior que o próprio diâmetro do disco estelar dessa galáxia, e comparável ao diâmetro do disco estelar da Via Láctea).
Estudando a estrutura e a dinâmica interna da galáxia mais próxima da kilonova, a equipe notou a falta de indícios de interações relevantes recentes entre a galáxia hospedeira e alguma possível companheira. O que despertou uma curiosidade: como um sistema de duas estrelas de nêutrons foi parar tão longe de sua galáxia? Rodrigues conta que foram testadas duas possibilidades.
Hipóteses
A primeira era que as estrelas teriam se formado em um aglomerado globular, isto é, um conjunto denso de estrelas que muitas vezes é encontrado distante do centro de uma galáxia. Mas as imagens profundas do Telescópio Espacial James Webb (JWST), utilizado no estudo, são sensíveis o suficiente para detectar qualquer aglomerado globular típico com capacidade de hospedar o sistema (casos menos típicos têm probabilidade inferior a 0,3%), e nenhum foi encontrado.
A maior parte da pesquisa foi dedicada à segunda possível explicação. A de que quando uma estrela de grande massa explode, dando origem a uma estrela de nêutrons, a explosão pode empurrar o objeto recém-formado a centenas de quilômetros por segundo. Se o par de estrelas sobreviveu a essas duas explosões sucessivas, o sistema pode ter sido catapultado para longe do disco galáctico e viajado por centenas de milhões de anos antes de, finalmente, as duas estrelas se fundirem e produzirem a kilonova.
“Embora qualitativamente razoável, e essa possibilidade já tinha sido levantada antes como a mais natural, nós a avaliamos quantitativamente, combinando um novo e detalhado modelo da galáxia hospedeira com o estado da arte de dados de simulações de centenas de milhares de sistemas binários estelares que deram origem a um par de estrelas de nêutrons. Constatamos que esta configuração que deu origem a esta kilonova está longe de ser um caso típico. Trata-se assim de coincidências que ocorrem em uma a cada mil kilonovas”, detalha o professor.
De acordo com ele, kilonovas são a principal fonte de astronomia multimensageira: podem ser detectadas simultaneamente com telescópios que trabalham no infravermelho e no visível (detectando ondas eletromagnéticas), junto de telescópios de ondas gravitacionais. Até hoje, somente uma kilonova foi detectada simultaneamente com ondas eletromagnéticas e ondas gravitacionais, em 2017. A busca por novos casos, e entender onde é mais provável encontrá-los, é um dos grandes desafios atuais da astrofísica.
Imagem: Nasa/JWST 2023