JWST captura explosão imensa e rara, um milhão de vezes mais brilhante que a nossa galáxia

Uma equipe de cientistas usou o Telescópio Espacial James Webb da NASA para observar uma explosão de raios gama excepcionalmente brilhante. 

A explosão de raios gama excepcionalmente brilhante, GRB 230307A, e a sua quilonova associada — uma explosão produzida pela fusão de uma estrela de neutrões com um buraco negro ou com outra estrela de neutrões. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Andrew Levan (IMAPP, Warw)

Em março deste ano, os astrônomos detectaram uma explosão brilhante de raios gama mais de um milhão de vezes mais luminosa do que toda a nossa galáxia. Foi a segunda explosão de raios gama (GRB) mais brilhante já detectada e durou cerca de 200 segundos.

Um estudo publicado hoje na Nature relata que este objeto foi uma colisão de estrelas de nêutrons a um milhão de anos-luz de distância. Além do mais, graças ao Telescópio Espacial James Webb (JWST), os astrônomos puderam ver que a explosão também serviu como uma fábrica química cósmica, forjando alguns dos produtos químicos mais raros encontrados na Terra.

“A evidência mais robusta de que a fusão de duas estrelas de neutrões causou esta explosão vem da sua quilonova”, diz o autor principal Andrew Levan, da Universidade Radboud, na Holanda, referindo-se à luz óptica e infravermelha proveniente da enorme explosão.

A impressionante fotografia do JWST publicada com o artigo de hoje mostra uma quilonova pairando no espaço a cerca de 120.000 anos-luz de uma galáxia espiral vizinha. O par de estrelas de nêutrons que gerou a quilonova foi aparentemente ejetado daquela galáxia como um sistema binário, preso em uma espiral mortal.

Os instrumentos infravermelhos excepcionalmente sensíveis do JWST fizeram toda a diferença para o sucesso do estudo, diz Levan. “Já vimos alguns deles antes”, observa ele, incluindo uma quilonova vista em 2017 que também foi a primeira a ser detectada através das suas ondas gravitacionais. “Naquela época não tínhamos o JWST, mas agora temos a capacidade de sondar comprimentos de onda muito mais vermelhos. Isso é exatamente o que você precisa se quiser entender as quilonovas.”

JWST e explosões de descoberta

A ciência já percorreu um longo caminho desde que os GRBs foram descobertos, há mais de meio século. Naquela época, os Estados Unidos lançaram detectores de raios gama ao espaço para monitorar os testes nucleares realizados pela União Soviética. Quando estes satélites detectaram um súbito flash de radiação gama muito acima da Terra em 1967, o sinal era tão diferente de uma arma nuclear que os cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos o arquivaram para análise posterior.

Dezenas de outros foram avistados nos anos seguintes, mas o mistério em torno destes eventos prevaleceu até ao final da década de 1990, quando observatórios terrestres e espaciais começaram a ligar fortes sinais de raios X a supernovas em galáxias distantes.

Hoje, os GRBs são descobertos semanalmente. Os astrônomos pensam que a maioria deles é causada por explosões de estrelas massivas no final de suas vidas. As quilonovas representam um subconjunto de GRBs, causadas por colisões de estrelas de nêutrons – os restos incrivelmente densos de estrelas que eram massivas o suficiente para perecer em uma supernova, mas não suficientemente massivas para causar o colapso de buracos negros.

O GRB de longa duração mais brilhante de sempre foi detectado em outubro de 2022. Apelidado de BOAT — o mais brilhante de todos os tempos — cegou a maioria dos observatórios de raios gama baseados no espaço, com um pico que durou vários minutos.

Embora BOAT fosse ofuscante, esta quilonova mais recente — apelidada de GRB 230307A devido ao ano, mês e dia da descoberta — forneceu evidências surpreendentemente claras de metais pesados ​​individuais, bem como pistas convincentes sobre as origens das suas estrelas de neutrões.

Ao analisar o brilho radioativo após a explosão relativamente longa do GRB, Levan e seus colegas foram capazes de detectar elementos pesados, como o telúrio, bem como metais de transição pesados ​​e raros, conhecidos como lantanídeos. De acordo com Levan, a criação de um elemento implica a provável criação de elementos relacionados, alguns dos quais podem ter sido críticos para o início da vida no universo e para a sobrevivência da vida na Terra.

O artigo de hoje não apenas esclarece como alguns dos elementos mais pesados ​​do universo são criados, mas também destaca os avanços notáveis ​​tornados possíveis pelo telescópio infravermelho mais poderoso do mundo em conjunto com observatórios espaciais mais antigos, como o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA e o Neil Gehrels Swift. Observatório.

Fermi detectou o GRB pela primeira vez em 7 de março de 2023. Observações de acompanhamento em comprimentos de onda visíveis com o Hubble 30 dias depois não viram nada. Mas o olho infravermelho do JWST foi capaz de detectar claramente as consequências brilhantes.

Além disso, como o Fermi não pode fornecer localizações precisas, o GRB foi localizado por triangulação, utilizando uma frota interplanetária de naves espaciais com detectores de raios gama. Eles incluem o Mars Odyssey da NASA , lançado em 2001 e atualmente orbitando o Planeta Vermelho, bem como o BepiColombo da Agência Espacial Europeia, atualmente a caminho de Mercúrio.

GRB 230307A demonstra que as fusões de estrelas de nêutrons podem não apenas gerar explosões que duram muito mais do que alguns segundos fugazes - antes consideradas raras - mas também que tais fenômenos estão definitivamente ligados à produção de alguns dos elementos mais raros e pesados ​​do universo.

“Tem sido um longo mistério como os elementos mais pesados ​​da tabela periódica são formados”, diz Levan. “Com estas observações, somos capazes de distinguir onde alguns dos elementos mais pesados ​​da natureza se formam no universo.”

Fonte: Astronomy.com