Quando estrelas de nêutrons colidem, elas explodem como um mini big bang

Em agosto de 2017, a humanidade observou uma maravilha . Pela primeira vez, conseguimos ver duas estrelas de nêutrons colidindo, um evento observado por telescópios ao redor do mundo, alertados pelo tumulto gravitacional enquanto os dois objetos espiralavam para se fundir e formar um buraco negro . 

Uma impressão artística da colisão de estrelas de nêutrons. (ESO/L. Calçada/M. Kornmesser)

Mesmo naquela época, sabíamos que aquele evento, uma explosão de quilonova chamada AT2017gfo, nos daria dados científicos suficientes para roer pelos próximos anos. E assim foi provado. Agora, cientistas juntaram dados de vários telescópios para reconstruir os dias após a ocorrência da quilonova, e sua bola de fogo em expansão violenta que deu origem a uma enxurrada de elementos pesados.

É um evento que evoluiu, diz uma equipe de pesquisa liderada pelo astrofísico Albert Sneppen, do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague, de forma muito semelhante ao Big Bang , com uma sopa quente de partículas que esfriaram e se fundiram em matéria.

"Essa explosão astrofísica se desenvolve dramaticamente hora a hora, então nenhum telescópio pode acompanhar sua história inteira. O ângulo de visão dos telescópios individuais para o evento é bloqueado pela rotação da Terra", explica Steppen .

"Mas ao combinar as medições existentes da Austrália, África do Sul e do Telescópio Espacial Hubble, podemos acompanhar seu desenvolvimento em grande detalhe. Mostramos que o todo mostra mais do que a soma dos conjuntos individuais de dados."

Uma coisa fascinante que as observações do AT2017gfo mostraram foi a criação de elementos pesados. Muitos elementos são forjados dentro de estrelas, onde processos de fusão de núcleos esmagam átomos para fazer outros mais pesados.

Mas há um ponto de corte para isso: as estrelas não podem fundir elementos mais pesados ​​que o ferro, porque a energia necessária para isso é maior que a energia produzida pela fusão.

É preciso um evento muito energético para produzir elementos mais pesados, como uma explosão de supernova. AT2017gfo mostrou que as quilonovas de estrelas de nêutrons também são fábricas produtivas de elementos pesados ​​– na luz emitida durante a explosão, os astrônomos detectaram a assinatura do estrôncio .

Steppen e seus colegas levaram essa análise um passo adiante. Ao estudar cuidadosamente vários conjuntos de dados, eles foram capazes de observar a evolução hora a hora da kilonova e a formação de elementos pesados, conhecidos como elementos do processo r, dentro dela.

Quando as duas estrelas de nêutrons colidem, a quilonova inicial de tripas de estrelas de nêutrons explodidas é extremamente quente, bilhões de graus , comparável ao calor do Big Bang. Neste ambiente quente e plasmático, partículas elementares como elétrons podem zunir livremente, sem amarras.

À medida que a kilonova se expande e esfria, as partículas se arrebatam e se tornam átomos. Isso, dizem os pesquisadores, é semelhante a um período no início da história do Universo conhecido como Época da Recombinação .

Cerca de 380.000 anos após o Big Bang, o Universo esfriou o suficiente para que as partículas que se aglomeravam na sopa de plasma primordial pudessem se combinar em átomos. A sopa de plasma havia espalhado a luz em vez de permitir que ela se propagasse, e essa "recombinação" significou que a luz pôde finalmente fluir pelo Universo.

O processo de combinação observado na estrela de nêutrons kilonova é muito semelhante ao que achamos que aconteceu durante a Época de Recombinação, sugerindo que a kilonova pode ser um laboratório poderoso para investigar a evolução do Universo primitivo, em miniatura.

Os pesquisadores também conseguiram confirmar a presença de estrôncio e ítrio na quilonova em evolução, reforçando o suporte às explosões de quilonova como uma fonte de elementos pesados ​​no Universo.

"Agora podemos ver o momento em que núcleos atômicos e elétrons se unem no brilho residual", diz o astrofísico Rasmus Damgaard, do Instituto Niels Bohr.

"Pela primeira vez vemos a criação de átomos, podemos medir a temperatura da matéria e ver a microfísica nesta explosão remota. É como admirar três radiações cósmicas de fundo nos cercando de todos os lados, mas aqui, conseguimos ver tudo de fora. Vemos antes, durante e depois do momento do nascimento dos átomos."

Agora isso é metal.

A pesquisa foi publicada na Astronomy & Astrophysics .

Fonte: sciencealert.com