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dez 17

Astrônomos do ESO esclarecem o mistério das explosões de raios gama obscuras: a presença da poeira cósmica

Impressão artística de uma explosão de raios-gama em uma região de ativa formação estelar. Crédito: ESO/L. Calçada

As explosões de raios gama (sigla GRB, em inglês, Gamma Ray Burst) estão entre os fenômenos mais energéticos do Universo, Entretanto, algumas destas poderosas explosões parecem curiosamente fracas quando observadas no espectro da luz visível. Os astrônomos do ESO fizeram agora uma pesquisa mais detalhada sobre estes tipo peculiar de GRBs, denominada de ‘explosões de raios gama obscuras’, utilizando o dispositivo GROND instalado no telescópio de 2,2 metros MPG/ESO situado em La Silla, Chile. Este estudo mostrou que estas explosões obscuras de raios gama não carecem de explicações complicadas. A sua fraca luminosidade é perfeitamente explicada pela combinação de causas diversas. Destas, a mais importante é justamente a presença de um véu de poeira cósmica na direção entre a Terra e o fenômeno de explosão.

O que é “brilho residual” de uma GRB?

As explosões de raios gamas (GRBs) são fenômenos breves que podem durar desde menos de um segundo a alguns minutos. Os GRBs, fenômenos extremos muito importantes para o estudo da cosmologia, são detectadas por observatórios espaciais que captam sua assinatura no espaço. Há cerca de treze anos os astrônomos ficaram intrigados ao descobrir uma quantidade de radiação menos energética proveniente destas explosões violentas, que casualmente se prolonga por algumas semanas ou até mesmo anos depois da explosão inicial. Esta radiação remanescente de GRB tem sido chamada de ‘brilho residual’.

Sabemos que todas as explosões de raios gama [1] têm brilhos residuais no espectro dos raios X. No entanto, apenas metade das GRBs emite o brilho residual na faixa visível do espectro, enquanto que o resto da explosões se mantém misteriosamente escurecida nas freqüências da luz visível. Alguns astrônomos suspeitavam que estes brilhos residuais obscuros no visível poderiam ser exemplos de uma classe inteiramente nova de explosões de raios gama. Outros teorizaram que tratavam fenômenos ocorridos a grandes distâncias. Outros estudos anteriores sugeriam também que este fenômeno poderia ser explicado pela presença de poeira cósmica entre nós e a explosão, a qual obscureceria a radiação emitida no espectro da luz visível.

O autor principal do artigo, Jochen Greiner (Instituto Max Planck para a Física Extraterrestre, Garching bei München, Alemanha) afirmou:

O estudo dos brilhos residuais tem sido decisivo na compreensão dos causas das explosões de raios gama. Seu entendimento nos provê informação preciosa sobre a formação estelar no Universo primordial.

Os papéis do SWIFT e do GROND

A NASA lançou o satélite SWIFT ao final de 2004. Orbitando além da atmosfera terrestre, o observatório SWIFT consegue detectar explosões de raios gama e comunicar imediatamente as suas posições no céu a outros observatórios de modo a que os brilhos residuais possam ser prontamente estudados. Neste novo estudo, os astrônomos combinaram os dados fornecidos pelo SWIFT com as observações do GROND [2] – um instrumento dedicado à observação contínua de explosões de raios gama, instalado no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros, situado em La Silla, Chile. Deste modo, os astrônomos resolveram de forma conclusiva o mistério do brilho residual visível que faltava.

O que torna o GROND o instrumento ideal para o estudo de brilhos residuais é o seu tempo de resposta muito rápido – consegue observar uma explosão minutos depois da chegada do alerta do SWIFT, utilizando um sistema especial chamado Modo de Resposta Rápida – e a sua capacidade de observar através de sete filtros em simultâneo, cobrindo assim tanto a parte visível como a parte do infravermelho próximo do espectro eletromagnético.

Ao combinar os dados GROND obtidos através destes sete filtros com as observações SWIFT, os astrônomos conseguiram determinar de modo preciso a quantidade de radiação emitida pelo brilho residual em uma faixa ampla de comprimentos de onda distintos: desde os altamente energéticos raios X até espectro próximo do infravermelho. Esta informação foi processada para estabelecer diretamente a quantidade de poeira que obscurece a radiação em seu longo percurso na direção da Terra. Anteriormente, os astrônomos tinham que se basear em estimativas aproximadas do conteúdo da poeira [3].

A equipe utilizou uma enorme quantidade de dados, incluindo as suas próprias medições do GROND, adicionadas a observações obtidas por outros grandes telescópios, tais como o Very Large Telescope do ESO, para calcular as distâncias às explosões de raios gama da amostra. Embora tenham descoberto que uma proporção significativa de explosões escurece para cerca de 60% a 80% da intensidade original com que foi emitida, devido à poeira, este efeito é amplificado em explosões muito distantes, para as quais observamos apenas de 30% a 50% da radiação original emitida [4]. Os astrônomos concluem assim que a maioria das explosões de raios gama obscuras são simplesmente aquelas cuja pequena quantidade de radiação visível foi integralmente absorvida pela poeira ao longo do percurso, antes de chegar até nós.

Greiner completou:

Comparado a muitos instrumentos instalados em grandes telescópios, o GROND é um instrumento de baixo custo relativamente simples, no entanto conseguiu resolver de maneira conclusiva o mistério que rodeava as explosões de raios gama escuras.

Este trabalho foi apresentado em artigo científico publicado na Astronomy & Astrophysics em 16 de dezembro de 2010. Leia abaixo o ABSTRACT:

A natureza das explosões de raios-gama obscuras ("The nature of dark gamma ray bursts") - ABSTRACT

A equipe do estudo foi composta por: J. Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik [MPE], Alemanha), T. Krühler (MPE, Universe Cluster, Technische Universität München), S. Klose (Thüringer Landessternwarte, Alemanha), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), R. Filgas (MPE), D.H. Hartmann (Clemson University, USA), A. Küpcü Yoldaş¸ (University of Cambridge, UK), M. Nardini (MPE), F. Olivares E. (MPE), A. Rau (MPE), A. Rossi (Thüringer Landessternwarte, Alemanha), P. Schady (MPE) e A. Updike (Clemson University, USA).

Para saber mais sobre as explosões de raios-gama obscuras, recomendamos ler o estudo feito pelos astrônomos do observatório Keck: Explosões de raios gama distantes iluminam e revelam regiões escondidas do Universo

Notas

[1] As explosões de raios gama que duram por mais de dois segundos são classificadas como explosões de ‘longa duração’ e as que têm uma duração menor são referidas como de ‘curta duração’.

As explosões de longa duração, que foram observadas neste estudo, estão associadas as supernovas estrelas de grande massa situadas em galáxias com intensa formação estelar. As explosões de curta duração ainda não são bem entendidas, mas os cientistas consideram que tenham origem em eventos extremos, como a fusão de dois objetos ultra compactos, tais como estrelas de nêutrons.

[2] O GROND (sigla do nome em inglês – Gamma-Ray Optical and Near-infrared Detector) foi concebido e construído no Instituto Max Planck para a Física Extraterrestre em colaboração com o Observatório Tautenburg. Este instrumento encontra-se em operação deste agosto de 2007 no observatório do ESO em La Silla, Chile.

[3] Outros estudos relativos às explosões de raios gama escuras tem sido relatados.

No início de 2010, com a ajuda do telescópio Subaru os astrônomos observaram uma única explosão de raios gama, a partir da qual construíram a hipótese de que as explosões de raios gama escuras poderiam realmente ser uma subclasse à parte que se formaria a partir de um mecanismo diferente, tal como a fusão de estrelas binárias.

Em outro estudo, publicado em 2009 com auxílio do telescópio Keck, Havaí, os astrônomos estudaram as galáxias hospedeiras de 14 GRBs obscuras e, baseados nos desvios para o vermelho baixos derivados, inferiram que a poeira seria uma mecanismo capaz de criar explosões escuras. No estudo do ESO aqui anunciado foram estudadas 39 GRBs, nas quais se incluíram quase 20 explosões escuras. Este é o único estudo sem hipóteses feitas a priori e onde a quantidade de poeira foi diretamente medida.

[4] Uma vez que o brilho residual de explosões muito distantes é desviado para o vermelho devido à expansão do Universo, a radiação emitida pelo objeto era originalmente mais azul que a radiação que detectamos quando esta chega à Terra. Como a redução da intensidade da radiação devido à poeira é maior no azul e no ultravioleta que no vermelho, o efeito total de diminuição de intensidade de radiação devido à poeira é maior para as explosões de raios gama mais distantes. É por isso que a capacidade do GROND de observar radiação no espectro próximo do infravermelho fez a diferença nas novas medições.

Fonte

ESO: Light Dawns on Dark Gamma-ray Bursts

Artigo Científico

The nature of “dark” gamma-ray bursts

._._.

1 menção

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