ESO: as maiores explosões no Universo são originadas pelos magnetares mais fortes

Algumas explosões de raios gama de longa duração têm origem em estrelas magnéticas

Observações obtidas nos Observatórios do ESO em La Silla e Monte Paranal no Chile demonstraram pela primeira vez que existe uma ligação entre uma explosão de raios gama de longa duração e uma explosão de supernova de brilho incomum. Os resultados mostram que a supernova não teve origem em decaimento radioativo, como se esperava, mas sim em campos magnéticos muito fortes em torno de um objeto exótico conhecido como magnetar.

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Esta concepção artística mostra uma supernova e a explosão de raios gama associada originadas por uma estrela de nêutrons em rotação muito rápida com um campo magnético muito forte — um objeto exótico chamado magnetar. Observações obtidas nos Observatórios de La Silla e Paranal no Chile demonstraram pela primeira vez que existe uma ligação entre uma explosão de raios gama de longa duração e uma explosão de supernova de brilho incomum. Os resultados mostram que a supernova não teve origem em decaimento radioativo, como se esperava, mas sim em campos magnéticos muito fortes decaindo em torno de um objeto exótico conhecido como magnetar. Crédito: ESO

As explosões de raios gama constituem um dos eventos associados às maiores explosões que ocorreram desde o Big Bang. São detectadas por telescópios em órbita sensíveis a este tipo de radiação altamente energética, a qual não consegue penetrar a atmosfera terrestre, e são igualmente observadas a maiores comprimentos de onda por outros telescópios, situados tanto no espaço como no solo.

As explosões de raios gama duram tipicamente alguns segundos, mas em casos muito raros podem ocorrer durante horas [1]. Uma destas explosões de longa duração foi captada pelo satélite Swift a 9 de dezembro de 2011 e chamada GRB 111209A. Foi simultaneamente uma das mais longas e mais brilhantes explosões de raios gama já observada.

À medida que o brilho remanescente da explosão ia desaparecendo, o evento foi estudado pelo instrumento GROND montado no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros em La Silla e pelo instrumento X-shooter no Very Large Telescope (VLT) no Paranal. Foi encontrada uma assinatura clara de uma supernova, chamada mais tarde SN 2011kl. Esta é a primeira vez que uma supernova é descoberta associada a uma explosão de raios gama de muito longa duração. [2]

O autor principal do novo artigo científico que descreve estes resultados, Jochen Greiner do Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha, explicou:

Uma vez que apenas uma explosão de raios gama de longa duração é produzida para cada 10.000 – 100.000 supernovas, a estrela que explodiu deve ser de algum modo muito especial. Os astrônomos pensavam que estas explosões de raios gama tinham origem em estrelas muito massivas — cerca de 50 vezes a massa do Sol — e que assinalavam a formação de um buraco negro. No entanto, as nossas novas observações da supernova SN 2011kl, descoberta após a GRB 111209A, estão a modificar este paradigma relativamente às explosões de raios gama de muito longa duração.

Em um cenário favorável do colapso de uma estrela massiva, espera-se que a intensa emissão ótica/infravermelha da supernova, com duração de cerca de uma semana, venha do decaimento do níquel-56 radioativo formado durante a explosão [3]. No entanto, no caso de GRB 111209A as observações combinadas do GROND e do VLT mostraram sem ambiguidades, e pela primeira vez, que isto não era o que se passava [4]. Outras sugestões foram igualmente postas de lado [5].

A única explicação que justifica as observações da supernova associada à GRB 111209A é que esta terá tido origem em um magnetar — uma estrela de nêutrons minúscula que gira centenas de vezes por segundo e que possui um campo magnético muito mais potente que as estrelas de nêutrons normais, as quais são também conhecidas por pulsares rádio [6]. Pensa-se que os magnetares são os objetos mais magnetizados no Universo conhecido. Esta é a primeira vez que uma ligação clara entre uma supernova e um magnetar foi identificada.

Paolo Mazzali, coautor do estudo, reflete sobre o significado desta nova descoberta:

“Estes resultados fornecem evidências de uma relação inesperada entre explosões de raios gama, supernovas muito brilhantes e magnetares. Já há alguns anos que suspeitávamos de algumas destas relações do ponto de vista teórico, mas conseguir ligar tudo isto é realmente um desenvolvimento muito interessante.

Jochen Greiner concluiu:

O caso de SN 2011kl/GRB 111209A obriga-nos a considerar alternativas ao cenário de uma estrela em colapso. Estes resultados aproximam-nos de ideias novas e muito mais claras sobre o funcionamento das explosões de raios gama.

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “A very luminous magnetar-powered supernova associated with an ultra-long gamma-ray burst”, assinado por J. Greiner et al., que será publicado na revista Nature em 9 de julho de 2015.

Notas

[1] As explosões de raios gama de longa duração duram entre 2 e 2.000 segundos. Existem quatro explosões conhecidas com durações entre 10.000 e 25.000 segundos — as chamadas explosões de raios gama de duração muito longa. Existe também uma classe distinta de explosões de curta duração que se pensa ter origem em um mecanismo diferente.

[2] A ligação entre supernovas e explosões de raios gama de longa duração (normal) foi estabelecida inicialmente em 1998, principalmente através de observações da supernova 1998bw obtidas nos observatórios do ESO, e confirmada em 2003 com a GRB 030329.

[3] Pensa-se que a explosão de raios gama propriamente dita tem origem em jatos relativísticos produzidos pelo material da estrela a colapsar para um objeto compacto central através de um disco de acreção denso e quente.

[4] A quantidade de níquel-56 medido na supernova com o instrumento GROND é demasiado elevada para poder ser compatível com a emissão ultravioleta forte que se observa com o instrumento X-shooter.

[5] Outras fontes de energia sugeridas para explicar as supernovas superluminosas eram interações por choques com o material circundante — possivelmente ligadas a conchas estelares ejetadas antes da explosão — ou uma estrela progenitora supergigante azul. No caso da SN 2011kl as observações excluem de forma clara ambas estas hipóteses.

[6] Os pulsares constituem a classe mais comum de estrelas de nêutrons observáveis. Pensa-se que as estrelas magnéticas desenvolvem campos magnéticos 100 a 1.000 vezes mais fortes que os observados nos pulsares.