Explosões de raios gama distantes iluminam e revelam regiões escondidas do Universo

Os nós densos de poeira cósmica em galáxias comuns ofuscam a luz das explosões de raios-gama obscuras (no centro). A poeira absorve a maioria ou toda a luz visível das GRBs, exceto os energéticos raios-X ou raios-gama. Crédito: NASA/Swift/Aurore Simonnet

As explosões de raios gama, os GRB ou Gamma-Ray Bursts, consistem nas maiores explosões de radiação do Universo, capazes de produzir tanta luz que os telescópios terrestres conseguem detectá-las facilmente, mesmo quando elas tenham ocorrido a bilhões de anos-luz. As GRBs têm ajudado a revelar áreas de formação estelar anteriormente invisíveis para os astrônomos. Mesmo assim, durante mais de uma década, os astrônomos questionaram-se sobre a natureza das chamadas explosões escuras de raios gama, que produzem raios-gama e raios-X, mas pouca ou nenhuma luz visível. As GRBs escuras constituem aproximadamente metade das explosões detectadas pelo satélite SWIFT da NASA desde o seu lançamento em 2004.

Essas descobertas fornecem novas pistas para o entendimento de como se formaram as primeiras estrelas do Universo (também chamadas de estrelas população III ou estrelas primordiais), como elas evoluíram e morreram.

Os GRBs são jatos de radiação que atuam como os flashes das câmeras fotográficas, ajudando os astrônomos a investigar o Universo. Os GRBs brilham em jatos gêmeos de radiação que partem dos pólos das supernovas tipo Ic, provocadas pelo colapso do núcleo de estrelas massivas as quais brilham tão fortemente que expulsam suas camadas externas de Hidrogênio e Hélio.

Se os flashes são obscuros, onde foi parar a luz do GRB?

A maioria dos GRBs de longa duração brilha por vários segundos, mas deixam um brilho posterior de luz visível que desaparece após algumas horas. Alguns GRBs específicos, os que chamamos de GRBs obscuros (‘dark’ gamma-ray bursts) ou GRBs invisíveis não produzem luz visível acompanhando os feixes de raios gama e raios-X.

É justamente a causa dos GRBs serem obscuros, ou seja, não podem ser visualizados nos comprimentos de onda óticos, que tem deixado os astrônomos ressabiados. Alguns cientistas teorizam que as explosões estavam tão distantes que a luz remanescente visível foi desviada para o vermelho devido à velocidade de expansão do Universo (lei de Hubble). Assim o espectro de luz teria se desviado para fora da faixa de luz visível para comprimentos de onda de maior amplitude (infravermelho). Isso significaria que os GRBs obscuros seriam originados da morte de estrelas primordiais, ou seja, das primeiras estrelas do Universo.

Imagens obtidas pelo observatório Keck I no Hawaii formam esse mosaico de 11 galáxias de onde originaram os GRBs obscuros. Os círculos indicam a posição da explosão determinada pelo satélite SWIFT da NASA, ou complementado por observações terrestres ópticas ou infravermelhas que em todos os casos apresentam uma tênue galáxia. Distantes bilhões de anos-luz da Terra, estas galáxias aparecem apenas como fracos pontos desfocados em telescópios terrestres. Crédito: Daniel Perley, Joshua Bloom/Universidade da Califórnia

Mas um novo estudo liderado pelo astrônomo Daniel Perley da universidade da Califórnia em Berkeley mostra que os GRBs invisíveis podem ter sido bloqueados pela poeira existente em regiões do espaço onde ocorre a formação estelar. Ele apresentou sua nova pesquisa na semana passada na reunião da AAS (American Astronomical Society) em Pasadena, Califórnia.

Não são tão antigos como se pensava…

Os pesquisadores usaram os telescópios gêmeos Keck (que têm 10 metros de diâmetro cada) no Havaí para rastrear 29 explosões descobertas pelo observatório especial e detector de raios gama SWIFT da NASA.

Dos 29 GRBs estudados, 14 foram classificados como GRBs invisíveis. Para 11 deles os cientistas conseguiram identificar suas galáxias hospedeiras e nenhuma delas está mais distante que 12,9 bilhões de anos luz, isto é, não estão entre as galáxias mais distantes do Universo observável. Os demais 3 GRBs obscuros tinham tênues fachos de luz visível, indicando também que eles não vieram dos confins do Universo, ou seja, a luz visível do GRB não foi desviada para a faixa infravermelha do espectro.

Tal significa que os GRBs podem revelar novas áreas de formação de estrelas anteriormente escondidas dos astrônomos, em particular os rastros de poeira cósmica em galáxias falsamente consideradas como ‘livres de poeira’. Esses rastros de poeira são muito difíceis de serem localizados por que estão escondidos pelo brilho intenso das estrelas vizinhas, disse Perley.

Uma decepção cósmica?

Mas tal constatação poderá significar que os GRBs obscuros não podem mais ser associados às primeiras estrelas do Universo, como os cosmologistas especulavam até agora. “Baseado em nossas observações, a maioria dessas estrelas [ estrelas primordiais / população III ] não foram capazes de produzir GRBs, o que significa que as primeiras estrelas não foram (provavelmente) capazes de se livrar de suas camadas externas de hidrogênio antes de sua morte e nós pensamos ser vital para a criação dos GRBs formados no Universo atual”, disse Perley.

O astrônomo australiano Peter Tuthill, da universidade de Sydney, disse que o resultado estava “limpo”, mas tratava-se de uma “decepção” para os cosmologistas por que mostrava que enquanto os GRBs distantes de fato existem, não é fácil de se encontrar um deles. “Não se trata de um grande festival de luz no Universo primordial que nós esperávamos ver em nossos telescópios”.

Causas?

Para saber mais sobre as causas das explosões de raios gama obscuras leia a evolução deste tema em: Astrônomos do ESO esclarecem o mistério das explosões de raios gama obscuras: a presença da poeira cósmica.

Fontes e referências:

NASA: Keck Study Sheds New Light on ‘Dark’ Gamma-ray Bursts

Cosmos Magazine: Dark gamma-ray bursts hidden by space dust por Heather Catchpole

New Scientist: Astronomers solve mystery of ‘dark’ cosmic bursts por Rachel Courtland

Universe Today: “Dark” Gamma-Ray Bursts Shed Light on Star Formation por Nancy Atkinson