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Explosão de brilho espetacular intriga cientistas

Evento pode ter sido gerado por nascimento de buraco negro ou estrela de nêutrons

R. MARGUTTI/OBSERVATÓRIO W. M. KECK

Uma imagem de AT2018cow e sua galáxia hospedeira, obtida em 17 de agosto de 2018, utilizando o instrumento do Observatório W. M. Keck, o DEEP Imaging e o Multi-Object Spectrograph (DEIMOS).

Uma equipe internacional de astrônomos liderada pela Universidade Northwestern está cada vez mais perto de entender o misterioso objeto brilhante que explodiu no céu do hemisfério Norte neste verão, batizado de AT2018cow,  ou também apelidado de "a vaca" (cow), devido às três últimas letras da sigla.

Com a ajuda do Observatório WM Keck em Maunakea, no Havaí, e dos telescópios gêmeos ATLAS do Instituto de Astronomia da Universidade do Havaí, a equipe multi-institucional agora tem evidências de que eles provavelmente resgitraram o momento exato em que uma estrela entrou em colapso para formar um objeto compacto, como um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.

Os destroços estelares, aproximando-se e girando ao redor do horizonte de eventos do objeto, foram os responsáveis pelo brilho notavelmente intenso. A pesquisa, que será publicada no The Astrophysical Journal, foi anunciada hoje durante uma conferência de imprensa no 233º Encontro da Sociedade Astronômica Americana, em Seattle.

Este raro evento ajudará os astrônomos a entender melhor a física em ação nos primeiros momentos da criação de um buraco negro ou de uma estrela de nêutrons.

"Baseado em sua emissão de raios X e UV, a “vaca” pode parecer ter sido causada por um buraco negro devorando uma anã branca. Mas observações adicionais de outros comprimentos de onda em todo o espectro levaram à nossa interpretação de que a “vaca” seria na verdade a formação de um buraco negro ou de uma estrela de nêutrons por meio de acreção", disse Raffaella Margutti, professora assistente de física e astronomia da Universidade Northwestern e membro do CIERA (Centro de Exploração Interdisciplinar e Pesquisa para Astrofísica) da Northwestern. "Sabemos, pela teoria, que buracos negros e estrelas de nêutrons se formam quando uma estrela morre, mas nunca os vimos logo depois de nascerem. Nunca".

UMA VACA DIFERENTE

A “vaca” foi vista pela primeira vez em 16 de junho, depois que os telescópios ATLAS em Haleakala e Maunaloa capturaram uma anomalia espetacularmente brilhante a 200 milhões de anos-luz da constelação de Hércules. O objeto rapidamente brilhou e depois desapareceu quase com a mesma rapidez.

O evento gerou interesse internacional imediato e deixou os astrônomos coçando a cabeça. "Nós pensamos que deveria ser uma supernova", disse Margutti. "Mas o que observamos desafiou nossas noções atuais de morte estelar."

Por um lado, a anomalia era anormalmente brilhante - 10 a 100 vezes mais brilhante do que uma supernova típica. Ela também explodiu e desapareceu muito mais rápido do que outras explosões conhecidas de estrelas, com partículas voando a 30.000 quilômetros por segundo (ou 10% da velocidade da luz).

Em apenas 16 dias, o objeto já havia emitido a maior parte de seu poder. Em um Universo onde alguns fenômenos duram milhões e bilhões de anos, duas semanas equivalem a um piscar de olhos.

"Soubemos imediatamente que essa fonte passou de inativa para a luminosidade máxima em apenas alguns dias", disse o co-autor Ryan Chornock, professor assistente de física e astronomia da Universidade de Ohio. "Isso foi o suficiente para deixar todo mundo animado porque era tão incomum e, pelos padrões astronômicos, estava muito perto."

Utilizando o acesso da Northwestern aos telescópios gêmeos do Observatório Keck, a equipe de Margutti examinou mais detalhadamente a composição do objeto com o espectrômetro de baixa resolução (LRIS) no telescópio Keck I e o Deep Imaging e a  Espectroscopia multi-objeto (DEIMOS) no Keck II .

"O Keck foi fundamental para determinar a composição química e a geometria do AT2018cow", disse o co-autor Nathan Roth, um pós-doutorando do JSI na Universidade de Maryland. "O aspecto exclusivo do Keck é a sua capacidade de monitorar o comportamento tardio da “vaca”. Isso pode ser difícil; quanto mais tempo passa após o evento, mais fraco fica. Mas com a espectroscopia tardia do Keck, conseguimos varejar os "interiores" da explosão. Isso revelou as características espectrais de desvio para o vermelho do AT2018cow muito bem."

A "vaca’ é um ótimo exemplo de um tipo de observação que está se tornando crítica na astronomia: resposta rápida a eventos transitórios", diz o cientista-chefe do Observatório Keck, John O`Meara. "Olhando para frente, estamos implementando novas políticas de observação e instrumentação telescópica que nos permitirão ser tão rápidos no céu e na ciência quanto possível."

A equipe também obteve imagens óticas do Observatório MMT, no Arizona, bem como do Telescópio SOAR de Pesquisa Astrofísica do Sul, no Chile.

Quando Margutti e sua equipe examinaram a composição química da “vaca”, eles encontraram evidências claras de Hidrogênio e Hélio, o que excluía os modelos de objetos compactos que se fundem - como aqueles que produzem ondas gravitacionais.

"Demoramos um pouco para percebermos o que estávamos vendo, eu diria meses", disse o co-autor Brian Metzger, professor associado de física da Universidade de Columbia. "Tentamos várias possibilidades e fomos forçados a voltar à prancheta várias vezes. Finalmente conseguimos interpretar os resultados, graças ao trabalho duro da nossa equipe incrivelmente dedicada."

Além de Chornock, Roth e Metzger, a equipe principal de Margutti também inclui Indrek Vurm, pesquisador sênior do Observatório Tartu, bem como pesquisadores pós-doutorandos do Northwestern CIERA, Giacomo Terreran, Deanne Coppejans e Kate Alexander.

 ESTRATÉGIA ABRANGENTE

Os astrônomos tradicionalmente estudaram mortes estelares no comprimento de onda óptico, que usa telescópios para capturar a luz visível.

A equipe de Margutti, por outro lado, usou uma abordagem mais abrangente. Depois que o ATLAS avistou o objeto, a equipe de Margutti rapidamente conduziu observações de acompanhamento usando múltiplos observatórios para analisar a “vaca” em diferentes comprimentos de onda.

Os pesquisadores viram o objeto em raios X duros usando o NuSTAR (Telescópio Espectroscópico Nuclear Matriz) e o Laboratório INTErnacional de Astrofísica de Raios Gama (INTEGRAL) da Agência Espacial Europeia (ESA), em raios-X moles (10 vezes mais potentes que radiografias normais) utilizando a Missão Multi-Espelho por Raios X da ESA (XMM-Newton) e em ondas de rádio utilizando o Very Large Array (VLA) do Observatório Nacional de Astronomia de Rádio (NRAO).

Isso permitiu que eles continuassem estudando a anomalia por muito tempo após o brilho inicial visível desaparecer.

Margutti atribui o potencial de desvendar esse mistério intergaláctico à relativa “nudez” da “vaca”. Embora as estrelas possam colapsar em buracos negros o tempo todo, a grande quantidade de material ao redor de buracos negros recém-nascidos bloqueia a visão dos astrônomos.

Felizmente, a quantidade de material ejetado que está orbitando em torno da "vaca" é cerca de 10 vezes menor do que o material liberado por uma explosão estelar típica. A quantidade menor de material permitiu que os astrônomos olhassem diretamente para o "motor central" do objeto, que se revelou como um provável buraco negro ou estrela de nêutrons.

"Uma `lâmpada` estava dentro do material ejetado pela explosão", disse Margutti. "Teria sido difícil ver isso em uma explosão estelar normal. Mas a `vaca` tinha pouca massa de material ejetado, o que nos permitiu ver a radiação do motor central diretamente."

VIZINHO GALÁCTICO

A equipe de Margutti também se beneficiou da proximidade relativa da estrela com a Terra. Apesar de estar aninhado na distante galáxia anã chamada CGCG 137-068,  os astrônomos consideram que ele está "bem na esquina".

"Duzentos milhões de anos-luz é perto para nós", disse Margutti. "Este é o objeto transitório mais próximo deste tipo que nós já encontramos."

"Ter a oportunidade de contribuir para algo tão inovador e internacional quanto a compreensão AT2018cow ainda na graduação é uma experiência surreal", disse o co-autor Daniel Brethauer, estudante de graduação do primeiro ano da Northwestern. "Ter ajudado um pouquinho os especialistas do mundo a descobrir o que é o  AT2018cow foi algo além das minhas maiores expectativas, e me lembrarei pelo resto da minha vida."

OBSERVATÓRIO W. M. KECK 

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