Astrônomos estão tentando entender o que causou uma série de explosões de raios gama, ou GRBs — as detonações mais poderosas do Universo. Esses eventos energéticos geralmente são desencadeados pela morte incendiária de uma estrela ou quando ela é despedaçada por um buraco negro.
A observação de explosões repetidas nunca havia ocorrido antes, já que os eventos que as produzem são tão catastróficos, disse Antonio Martin-Carrillo, professor assistente de astrofísica na University College Dublin, na Irlanda. Mas, em julho, vários detonações foram detectados em um único dia.
“(É) diferente de qualquer outra já vista em 50 anos de observações de GRBs”, disse Martin-Carrillo em um comunicado. Ele é coautor principal de um estudo baseado em observações do evento, publicado em 29 de agosto no The Astrophysical Journal Letters.
Explosões energéticas de raios gama normalmente duram de milissegundos a minutos, mas neste caso o sinal se repetiu três vezes ao longo de 24 horas, tornando-as, em conjunto, de 100 a 1.000 vezes mais longas que a maioria dos GRBs individuais, disse Andrew Levan, coautor do estudo e astrônomo da Universidade Radboud, na Holanda.
A razão exata para as explosões permanece desconhecida, mas os cientistas têm hipóteses. Descobrir a causa pode mudar a forma como os pesquisadores entendem a morte das estrelas.
“Esse evento é realmente raro a ponto de termos visto apenas um em 50 anos, ou é só a ponta do iceberg e podemos encontrar muitos mais se olharmos com atenção?”, disse Levan.
“Como os GRBs vêm das mortes catastróficas de estrelas, isso pode nos contar muito mais sobre algumas das formas mais extremas como as estrelas encerram suas vidas.”
A busca por uma galáxia distante
Em 2 de julho, o Telescópio Espacial Fermi de Raios Gama da Nasa detectou uma sucessão de quatro GRBs em uma região semelhante do céu, chamando a atenção dos astrônomos, que se perguntaram se todos poderiam estar ligados à mesma fonte, disse Martin-Carrillo. Mais tarde, análises determinaram que três dos quatro estavam relacionados.
O Fermi só conseguiu fornecer uma localização aproximada da origem das explosões. Mas dados de posição mais precisos capturados por um telescópio de raios X chamado Einstein Probe — missão da Academia Chinesa de Ciências, Agência Espacial Europeia e Instituto Max Planck de Física Extraterrestre — permitiram que astrônomos determinassem onde apontar seus telescópios terrestres. O Einstein Probe havia detectado atividade de raios X no dia anterior às explosões, descoberta posteriormente.
Seguindo os dados do Einstein Probe, o instrumento de raios X do Observatório Neil Gehrels Swift da Nasa também forneceu informações mais precisas de localização, ajudando a orientar os telescópios.
A equipe de pesquisa conseguiu determinar que os GRBs ocorreram fora da nossa galáxia ao rastrear a radiação emitida com o Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul e sua câmera HAWK-I, no Chile. A confirmação adicional de sua origem extragaláctica veio de imagens tiradas pelo Telescópio Espacial Hubble.
Os astrônomos suspeitam que a galáxia hospedeira esteja a alguns bilhões de anos-luz de distância, mas a pesquisa para determinar a galáxia exata e a distância ainda está em andamento.
“Saber a distância nos ajudará bastante a entender a verdadeira natureza dessa fonte”, disse Martin-Carrillo.
Observações contínuas com outros instrumentos, como o Telescópio Espacial James Webb, poderão refinar as medições e, por fim, determinar a causa raiz das explosões repetidas.
Em busca da origem
Atualmente, os autores consideram duas possíveis causas para as explosões repetidas. Uma é um tipo incomum de supernova, que durou muito mais do que as que normalmente liberam raios gama, disse Levan.
“Se for uma estrela massiva”, afirmou, “é um colapso diferente de tudo o que já testemunhamos.”
Outra causa em potencial é uma anã branca — uma estrela morta com a massa do Sol, mas comprimida ao tamanho da Terra — sendo despedaçada por um raro buraco negro de massa intermediária.
“Ou é um evento único em meio século, ou vem de um pequeno grupo de eventos”, disse Eric Burns, professor associado de física e astronomia na Louisiana State University.
Burns não participou do novo estudo, mas faz parte de um grupo de pesquisa que pretende apresentar uma conclusão firme em um estudo no próximo mês sobre o que causou o evento.
A recente série de explosões é a razão pela qual tantos astrônomos têm dedicado tempo para observações diversas de telescópios, disse Brendan O’Connor, pesquisador da Carnegie Mellon University. O’Connor não participou deste estudo, mas lidera sua própria pesquisa sobre os dados de raios X associados.
Burns e O’Connor estão coordenando e compartilhando suas descobertas, enquanto trabalham formalmente em resultados separados.
O novo estudo apresenta informações críticas que solidificam uma origem extragaláctica para o evento, disse O’Connor.
“Eles fornecem um ótimo resumo dos prováveis culpados por produzir esse evento de duração extremamente longa”, escreveu em um e-mail. “No entanto, a natureza exata do evento ainda é uma questão em aberto e não se encaixa claramente em nenhum dos suspeitos habituais.”
Compreendendo faróis cósmicos
Toda essa pesquisa sobre o evento de GRB acontece em um momento crucial para quem estuda esses fenômenos energéticos. Burns coordena um consórcio chamado Rede Interplanetária, formado por uma dúzia de satélites que identificam a origem das explosões.
“Acho que parte da razão pela qual nunca vimos eventos assim antes é que não tínhamos os instrumentos certos”, disse Burns. “O que precisamos é (construir) um novo monitor de GRBs com a sensibilidade necessária, mas colocado longe da Terra.”
Especificamente, o monitor orbitária no ponto L2, ou Ponto de Lagrange 2, a cerca de 1,5 milhão de quilômetros da Terra, onde está o Telescópio Webb. Essa posição é ideal porque permite uma visão desobstruída do Universo, ao contrário do Hubble, que passa pela sombra da Terra a cada 90 minutos.
O Astro2020 Decadal Survey, lançado em novembro de 2021, identifica as prioridades científicas para a próxima década, com foco em desvendar os segredos do Universo. Uma de suas recomendações foi a construção de telescópios de raios gama com maior sensibilidade para observar como o espaço varia ao longo do tempo, disse Burns.
Burns e seus colegas projetaram uma missão com esse objetivo e venceram uma competição da Nasa há três anos, mas ela não foi financiada devido a restrições orçamentárias. A equipe ainda persegue o projeto, mas não está claro se ele sairá do papel no governo atual, disse Burns.
“A Nasa está em uma posição delicada no momento, apenas tentando manter seus planos atuais funcionando”, disse ele. “Então não sei qual será o cronograma.”
A Rede Interplanetária depende de uma dúzia de satélites e, no momento, Burns não sabe se eles serão desligados antes que o Congresso aprove um orçamento. A comunidade astronômica depende da rede para destacar sinais intrigantes que justifiquem observações mais detalhadas, acrescentou.
“Nenhum de nós consegue planejar quais propostas enviar, quais telescópios usar, porque não sabemos mais nem o que vamos encontrar”, disse.
Estudar e compreender GRBs fornece pistas sobre o Universo, disse Levan. Em questão de segundos, um GRB pode liberar tanta energia quanto o Sol ao longo de seus 10 bilhões de anos de vida, acrescentou. Atualmente, estima-se que o Sol tenha 4,6 bilhões de anos.
“Eles são realmente brilhantes e funcionam como um farol para o Universo distante, dizendo: ‘olhe aqui’”, escreveu Levan em um e-mail. “Podemos usá-los para estudar objetos realmente distantes.”
Os GRBs são como ter um laboratório extremo no espaço, algo impossível de construir na Terra, disse Martin-Carrillo. Eles podem ser usados para testar o eletromagnetismo, a física de partículas e a teoria da relatividade de Albert Einstein.
“A enorme produção de energia deles significa que podemos detectá-los em todo o Universo”, escreveu em um e-mail, “e, assim, eles podem fornecer uma janela única para o Universo primitivo e as primeiras estrelas que se formaram.”