Crédito de imagem: ESO
Em 29 de março de 2003, o High Energy Transient Explorer da NASA detectou uma explosão brilhante de raios gama e, pouco depois, telescópios de todo o mundo se concentraram no objeto; agora chamado GRB 030329 e medido a 2,6 bilhões de anos-luz de distância. Ao medir o brilho posterior da explosão, os astrônomos perceberam que ela corresponde ao espectro de uma hipernova - explosões de estrelas extremamente grandes, pelo menos 25 vezes maiores que o nosso próprio Sol. Ao combinar os espectros, os astrônomos têm evidências convincentes de que há alguma conexão entre as explosões de raios gama e as explosões de estrelas muito grandes.
Uma explosão muito brilhante de raios gama foi observada em 29 de março de 2003 pelo High Energy Transient Explorer da NASA (HETE-II), em uma região do céu dentro da constelação de Leo.
Em 90 minutos, uma nova fonte de luz muito brilhante (o "brilho óptico") foi detectada na mesma direção por meio de um telescópio de 40 polegadas no Siding Spring Observatory (Austrália) e também no Japão. A explosão de raios gama foi designada GRB 030329, de acordo com a data.
E dentro de 24 horas, um primeiro espectro muito detalhado desse novo objeto foi obtido pelo espectrógrafo de alta dispersão UVES no telescópio VLT KUEYEN de 8,2 m no Observatório Paranal do ESO (Chile). Permitiu determinar a distância em cerca de 2.650 milhões de anos-luz (desvio para o vermelho 0,1695).
Observações contínuas com os instrumentos multimodais FORS1 e FORS2 no VLT durante o mês seguinte permitiram a uma equipe internacional de astrônomos [1] documentar em detalhes sem precedentes as mudanças no espectro do pós-brilho óptico dessa explosão de raios gama. Seu relatório detalhado aparece na edição de 19 de junho da revista de pesquisa "Nature".
Os espectros mostram o surgimento gradual e claro de um espectro de supernova da classe mais energética conhecida, uma "hipernova". Isso é causado pela explosão de uma estrela muito pesada - presumivelmente mais de 25 vezes mais pesada que o Sol. A velocidade de expansão medida (superior a 30.000 km / s) e a energia total liberada eram excepcionalmente altas, mesmo dentro da classe de hipernovas eleitas.
A partir de uma comparação com hipnovas mais próximas, os astrônomos são capazes de corrigir com boa precisão o momento da explosão estelar. Acontece que está dentro de um intervalo de mais / menos dois dias após a explosão de raios gama. Essa conclusão exclusiva fornece evidências convincentes de que os dois eventos estão diretamente conectados.
Portanto, essas observações indicam um processo físico comum por trás da explosão da hipernova e a emissão associada de forte radiação de raios gama. A equipe conclui que é provável que seja devido ao colapso quase instantâneo e não simétrico da região interna de uma estrela altamente desenvolvida (conhecida como modelo “colapsar”).
A explosão de raios gama de 29 de março passará para os anais da astrofísica como um raro "evento de definição de tipo", fornecendo evidências conclusivas de uma ligação direta entre explosões cosmológicas de raios gama e explosões de estrelas muito massivas.
O que são explosões de raios gama?
Um dos campos atualmente mais ativos da astrofísica é o estudo dos eventos dramáticos conhecidos como "explosões de raios gama (GRBs)". Eles foram detectados pela primeira vez no final da década de 1960 por instrumentos sensíveis a bordo de satélites militares em órbita, lançados para a vigilância e detecção de testes nucleares. Originários, não da Terra, mas distantes do espaço, esses curtos flashes de raios gama energéticos duram de menos de um segundo a vários minutos.
Apesar dos grandes esforços observacionais, somente nos últimos seis anos se tornou possível identificar com alguma precisão os locais de alguns desses eventos. Com a ajuda inestimável de observações posicionais comparativamente precisas da emissão de raios-X associada por vários observatórios de satélites de raios-X desde o início de 1997, os astrônomos identificaram até agora cerca de cinquenta fontes de luz óptica de vida curta associadas aos GRBs (as “pós-luzes ópticas” )
Verificou-se que a maioria dos GRBs está situada a distâncias extremamente grandes ("cosmológicas"). Isso implica que a energia liberada em poucos segundos durante esse evento é maior que a do Sol durante toda a sua vida útil de mais de 10.000 milhões de anos. Os GRBs são de fato os eventos mais poderosos desde o Big Bang conhecido no Universo, cf. ESO PR 08/99 e ESO PR 20/00.
Nos últimos anos, surgiram evidências circunstanciais de que os GRBs sinalizam o colapso de estrelas massivas. Isso foi originalmente baseado na provável associação de uma explosão incomum de raios gama com uma supernova ("SN 1998bw", também descoberto com telescópios do ESO, cf. ESO PR 15/98). Mais pistas surgiram desde então, incluindo a associação de GRBs com regiões de formação estelar maciça em galáxias distantes, evidências tentadoras de "inchaços" de curvas de luz semelhantes a supernovas nas sequências ópticas de algumas explosões anteriores e assinaturas espectrais de elementos recém-sintetizados , observado por observatórios de raios-X.
Observações VLT de GRB 030329
Em 29 de março de 2003 (exatamente 11: 37: 14.67 horas UT), o High Energy Transient Explorer da NASA (HETE-II) detectou uma explosão de raios gama muito brilhante. Após a identificação do "brilho óptico" por um telescópio de 40 polegadas no Observatório da Primavera Siding (Austrália), o desvio para o vermelho da explosão [3] foi determinado como 0,1685 por meio de um espectro de alta dispersão obtido com o espectrógrafo UVES no Telescópio VLT KUEYEN de 8,2 m no Observatório do ESO Paranal (Chile).
A distância correspondente é de cerca de 2.650 milhões de anos-luz. Este é o GRB normal mais próximo já detectado, fornecendo, portanto, a tão esperada oportunidade de testar as muitas hipóteses e modelos que foram propostos desde a descoberta dos primeiros GRBs no final dos anos 1960.
Com esse objetivo específico, a equipe de astrônomos do ESO [1] agora procurou outros dois instrumentos poderosos no Very Large Telescope (VLT) do ESO, as câmeras / espectrógrafos FORS1 e FORS2 multimodo. Durante um período de um mês, até 1º de maio de 2003, os espectros do objeto esmaecido foram obtidos a uma taxa regular, assegurando um conjunto exclusivo de dados observacionais que documentam as alterações físicas no objeto remoto com detalhes inigualáveis.
A conexão hypernova
Com base em um estudo cuidadoso desses espectros, os astrônomos estão apresentando sua interpretação do evento GRB 030329 em um trabalho de pesquisa publicado na revista internacional “Nature” na quinta-feira, 19 de junho. Sob o prosaico título “Uma supernova muito energética associada a a explosão de raios gama de 29 de março de 2003 ”, nada menos que 27 autores de 17 institutos de pesquisa, liderados pelo astrônomo dinamarquês Jens Hjorth concluíram que agora existem evidências irrefutáveis de uma conexão direta entre o GRB e a explosão“ hipnova ”de uma explosão muito estrela maciça, altamente evoluída.
Isso se baseia na "emergência" gradual com o tempo de um espectro do tipo supernova, revelando a explosão extremamente violenta de uma estrela. Com velocidades bem superiores a 30.000 km / s (ou seja, mais de 10% da velocidade da luz), o material ejetado está se movendo a uma velocidade recorde, testemunhando o enorme poder da explosão.
As hipernovas são eventos raros e provavelmente são causadas pela explosão de estrelas do tipo “Wolf-Rayet” [4]. Essas estrelas WR foram originalmente formadas com uma massa acima de 25 massas solares e consistiam principalmente de hidrogênio. Agora, na fase WR, depois de despojados de suas camadas externas, eles consistem quase puramente de hélio, oxigênio e elementos mais pesados produzidos por intensa queima nuclear durante a fase anterior de sua curta vida útil.
“Estamos esperando por isso há muito, muito tempo”, diz Jens Hjorth, “esse GRB realmente nos deu as informações que faltam. A partir desses espectros muito detalhados, podemos agora confirmar que essa explosão e provavelmente outras longas explosões de raios gama são criadas através do colapso central de estrelas massivas. A maioria das outras teorias principais agora é improvável. ”
Um "evento de definição de tipo"
Seu colega, Palle Müller, astrônomo do ESO, está igualmente contente: “O que realmente nos impressionou no início foi o fato de termos detectado claramente as assinaturas de supernova já no primeiro espectro FORS obtidas apenas quatro dias após a observação do GRB - nós não esperávamos isso. À medida que obtivemos mais e mais dados, percebemos que a evolução espectral era quase completamente idêntica à da hipernova vista em 1998. A semelhança das duas nos permitiu estabelecer um momento muito preciso do atual evento da supernova ”.
Os astrônomos determinaram que a explosão da hipnova (designada SN 2003dh [2]) documentada nos espectros do VLT e o evento GRB observado pelo HETE-II devem ter ocorrido quase ao mesmo tempo. Sujeito a refinamentos adicionais, há no máximo uma diferença de 2 dias e, portanto, não há dúvida de que os dois estão conectados causalmente.
“A Supernova 1998bw aguçou nosso apetite, mas demorou mais cinco anos para que pudéssemos dizer com confiança que encontramos a arma que fagulhava a associação entre GRBs e SNe”, acrescenta Chryssa Kouveliotou da NASA. "O GRB 030329 pode vir a ser algum tipo de" link ausente "para GRBs."
Em conclusão, GRB 030329 foi um evento raro de “definição de tipo” que será registrado como um divisor de águas na astrofísica de alta energia.
O que realmente aconteceu em 29 de março (ou 2.650 milhões de anos atrás)?
Aqui está a história completa sobre GRB 030329, como os astrônomos a lêem agora.
Milhares de anos antes dessa explosão, uma estrela muito massiva, sem combustível de hidrogênio, soltou grande parte de seu envelope externo, transformando-se em uma estrela azul-Wolfet azulada [3]. Os restos da estrela continham cerca de 10 massas solares de hélio, oxigênio e elementos mais pesados.
Nos anos anteriores à explosão, a estrela Wolf-Rayet esgotou rapidamente o combustível restante. Em algum momento, isso de repente desencadeou o evento de explosão de hipnova / raios gama. O núcleo desabou, sem que a parte externa da estrela soubesse. Um buraco negro formado no interior, cercado por um disco de matéria acumuladora. Dentro de alguns segundos, um jato de matéria foi lançado para longe daquele buraco negro.
O jato passou através da camada externa da estrela e, em conjunto com ventos vigorosos de níquel-56 radioativo recém-formado soprando do disco, destruiu a estrela. Essa quebra, a hipernova, brilha intensamente por causa da presença de níquel. Enquanto isso, o jato atingiu o material nas proximidades da estrela e criou a explosão de raios gama que foi registrada cerca de 2.650 milhões de anos depois pelos astrônomos da Terra. O mecanismo detalhado para a produção de raios gama ainda é motivo de debate, mas está ligado a interações entre o jato e a matéria ejetada anteriormente da estrela ou a colisões internas dentro do próprio jato.
Esse cenário representa o modelo “colapsar”, introduzido pelo astrônomo americano Stan Woosley (Universidade da Califórnia, Santa Cruz) em 1993 e membro da equipe atual, e explica melhor as observações do GRB 030329.
"Isso não significa que o mistério da explosão de raios gama agora está resolvido", diz Woosley. “Estamos confiantes agora que as longas explosões envolvem um colapso do núcleo e uma hipernova, provavelmente criando um buraco negro. Nós convencemos a maioria dos céticos. Ainda não podemos chegar a nenhuma conclusão sobre o que causa as pequenas explosões de raios gama, aquelas com menos de dois segundos de duração. ”
Fonte original: Comunicado de imprensa do ESO
