Explosão de raios gama mais brilhante ilumina nossa galáxia como nunca antes

Os raios X da explosão iluminaram 20 nuvens de poeira em nossa galáxia, tornando possível determinar suas distâncias e propriedades de poeira com mais precisão do que nunca. Mas um mistério permanece. Os detritos da estrela explodida que produziu a explosão de raios gama parecem ter desaparecido sem deixar vestígios.

GRB 221009A foi relatado pela primeira vez Observatório Neil Gehrels Swift da NASA descobriu os raios X em 9 de outubro de 2022. A fonte parecia estar em nossa Via Láctea, não muito longe do centro galáctico. No entanto, mais dados do Swift e Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA logo sugeriu que estava muito mais longe. Observações do O Very Large Telescope do European Southern Observatory então ele localizou a explosão em uma galáxia muito mais distante, que estava além da nossa.

A distância muito maior, cerca de dois bilhões de anos-luz em vez de dezenas de milhares, significava que o GRB tinha que ser extraordinariamente brilhante.

“A diferença entre uma típica explosão de raios gama e esta é quase tão grande quanto a diferença entre a lâmpada em sua sala de estar e os holofotes acesos em um estádio esportivo”, diz Andrew Levan, Radbound University, Holanda. o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA e o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA para assistir a erupção.

Estatisticamente, um GRB tão brilhante quanto o GRB 221009A é esperado apenas uma vez em muitos milhares de anos, podendo até ser a explosão de raios gama mais brilhante desde o início da civilização humana. Os astrônomos, portanto, o chamaram de BOOT – o mais brilhante de todos os tempos.

“Foi um evento muito esclarecedor. Tivemos muita sorte em testemunhar isso”, diz Alicia Rouco Escorial, uma pesquisadora da ESA que estuda GRBs.

Os cálculos mostram que nos poucos segundos que durou a explosão, cerca de um gigawatt de energia foi liberado na atmosfera superior da Terra. Isso corresponde à produção de energia de uma usina terrestre. “Foram emitidos tantos raios gama e raios-X que a ionosfera da Terra ficou excitada,” diz Erik Kuulkers, cientista do projeto da ESA para a Integral, uma das sondas que descobriu o GRB.

Várias outras espaçonaves da ESA, XMM-Newton, Solar Orbiter, BepiColombo, Gaia e SOHO também detectaram o GRB ou seu impacto em nossa galáxia. O evento foi tão brilhante que a radiação residual, o chamado brilho residual, ainda é visível hoje e permanecerá assim por muito tempo. “Veremos o resplendor deste evento nos próximos anos”, diz Volodymyr Savchenko, da Universidade de Genebra, na Suíça, que está atualmente analisando os dados do Integral.

Esta vasta quantidade de dados de instrumentos muito diferentes está agora a ser reunida para compreender como ocorreu a explosão original e como a radiação interagiu com outra matéria à medida que viajava pelo espaço.

Uma área que já produziu resultados científicos é a maneira como os raios X iluminaram as nuvens de poeira em nossa galáxia. A radiação viajou pelo espaço intergaláctico por cerca de dois bilhões de anos antes de entrar em nossa galáxia. Então ele encontrou a primeira nuvem de poeira há cerca de 60.000 anos e a última há cerca de 1.000 anos.

Cada vez que os raios-X atingiam uma nuvem de poeira, espalhavam parte da radiação, criando anéis concêntricos que pareciam estar se expandindo para fora. O XMM-Newton da ESA observou esses anéis vários dias após o GRB. As nuvens mais densas produziram os maiores anéis simplesmente porque parecem maiores em perspectiva.

Andrea Tiengo, Scuola Universitaria Superiore IUSS Pavia, Itália, e uma equipe de astrônomos analisaram os dados para derivar a distância mais precisa para cada uma dessas nuvens de poeira. “A primeira nuvem que atingiu parece estar bem na borda de nossa galáxia, longe de onde as nuvens de poeira galáctica são normalmente observadas”, diz Andrea. A equipe então inferiu as propriedades dos grãos de poeira nas nuvens porque os raios-X são espalhados dependendo do tamanho, forma e composição da poeira.

Ao longo dos anos, os astrônomos propuseram várias propriedades diferentes para os grãos de poeira, e foi assim que Andrea e seus colegas conseguiram testá-los usando os dados de raios-X. Eles descobriram que um modelo reproduzia muito bem os anéis. Neste modelo, os grãos de poeira eram principalmente grafite, uma forma cristalina de carbono. Eles também usaram seus dados para reconstruir a emissão de raios X do próprio GRB, já que esse sinal específico não foi observado diretamente por nenhum instrumento.

Mas permanece um mistério sobre o objeto que explodiu para criar o GRB. Andrew Levan e seus colegas usaram os Telescópios Espaciais Webb e Hubble para procurar as consequências da explosão – e não encontraram nada. “Isso é estranho”, diz ele, “e não está totalmente claro o que isso significa.”

Pode ser que a estrela fosse tão massiva que, após a explosão inicial, imediatamente formou um buraco negro, engolfando o material que formou a nuvem de gás tradicionalmente conhecida como remanescente de supernova.

Portanto, ainda há muito trabalho de acompanhamento a ser feito, pois os astrônomos continuam a procurar os restos da estrela que explodiu. Uma coisa que eles procuram são vestígios de elementos pesados ​​como o ouro, que se acredita serem formados em tais explosões massivas.

Notas para editores:
As últimas observações de GRB 221009A, incluindo as do XMM-Newton, do Telescópio Espacial James Webb e do Integral, serão divulgadas em 28 de março de 2023 durante uma coletiva de imprensa no dia 20) no Havaí, EUA. Transmissão ao vivo: https://www.youtube.com/c/AASPressOffice

“O poder dos anéis: a emissão suave de raios-X GRB 221009A de seu halo de dispersão de poeira” de Andrea Tiengo et al., publicado em As cartas do Astrophysics Journal: https://doi.org/10.3847/2041-8213/acc1dc

“The First JWST Spectrum of a GRB Afterglow: No Bright Supernova in Observations of the Brightest GRB Ever, GRB 221009A” de Andrew Levan et al. As cartas do Astrophysical Journal: https://iopscience.iop.org/collections/apjl-230323-172_Focus-on-the-Ultra-luminous-GRB-221009A