Sinal enterrado na maior explosão já vista, dicas de aniquilação total: WebCuriosos

De vez em quando, o céu noturno se ilumina com uma explosão espetacular que brilha com a luz mais energética que nosso Universo pode produzir. Conhecidas como explosões de raios gama, elas podem liberar em poucos segundos o que o nosso Sol emitirá durante sua vida.

Agora os cientistas encontraram um sinal nunca antes visto enterrado no espectro da radiação eletromagnética emitida pela explosão de raios gama mais brilhante já registrada.

Esse sinal é uma luz de emissão – uma região brilhante no espectro de raios gama produzida por algo que emite luz naquela faixa específica de comprimento de onda. E esse algo, determinaram os cientistas, é a destruição completa e absoluta: a aniquilação mútua dos pares electrão-pósitron, da matéria e da sua contraparte antimatéria.

Apelidada de 'the BOAT' (abreviação de Brightest Of All Time), a explosão foi detectada em outubro de 2022. Foi o resultado da explosão de uma enorme estrela enquanto seu núcleo colapsava em um buraco negro, espalhando tantos fótons energéticos que teve dificuldade em fazer medições precisas.

Mas, de facto, foram feitas medições e os cientistas souberam desde muito cedo que estavam a olhar para algo especial.

“Poucos minutos depois da erupção do BOAT, o Monitor de Explosão de Raios Gama do Fermi registrou um pico de energia incomum que chamou nossa atenção,” diz a astrofísica Maria Edvige Ravasio, da Radboud University, na Holanda.

“Quando vi esse sinal pela primeira vez, fiquei arrepiado. Nossa análise desde então mostra que é a primeira linha de emissão de alta confiança já vista em 50 anos de estudo de explosões de raios gama.”

Aparecendo como barras iluminadas no espectro de luz emitida por uma fonte, as linhas de emissão indicam que algo está fazendo com que a luz de determinados comprimentos de onda brilhe mais intensamente – uma fonte de emissão extra. Da mesma forma, barras mais escuras conhecidas como linhas de absorção podem aparecer onde os comprimentos de onda da luz são absorvidos.

As características de emissão e absorção podem nos dizer muito sobre a química constituinte de vários processos astrofísicos, desde a metalicidade das estrelas até as moléculas na composição de atmosferas planetárias distantes.

Existem diferentes cenários que podem produzir uma explosão de raios gama, uma explosão da luz mais energética do espectro eletromagnético, mas o que produziu o BOAT – oficialmente denominado GRB 221009A – foi o nascimento de um buraco negro. O material externo da estrela foi violentamente ejetado para o espaço, enquanto o núcleo entrou em colapso sob a ação da gravidade para formar o tipo de objeto mais denso do Universo.

Esta explosão foi acompanhada por jatos ou partículas explodindo em direções opostas. Isto é o que vemos numa explosão de raios gama, com o jato inclinado em direção à nossa linha de visão.

Quando o GRB 221009A explodiu pela primeira vez, o brilho era tão extremo que obscureceu qualquer detalhe. Ao longo de 80 segundos, a explosão evoluiu de um pico de energia de 12 milhões de elétron-volts para cerca de 6 milhões de elétron-volts. Apenas cinco minutos depois, o brilho diminuiu o suficiente para que o telescópio de raios gama Fermi discernisse uma linha de emissão que durou pelo menos 40 segundos.

Os pesquisadores acreditam em um fenômeno chamado aniquilação foi responsável pelo brilho aprimorado. Quando um elétron e sua contraparte de antimatéria, um pósitron, colidem, eles produzem um fóton com energia de 0,511 milhão de elétron-volts.

A característica de emissão observada no BOAT reflete uma energia muito maior, mas os pesquisadores têm uma explicação para isso. A aniquilação ocorreu num jato que se movia em nossa direção a cerca de 99,9% da velocidade da luz. Isto fez com que a energia parecesse muito mais alta do que era, uma ilusão baseada no nosso ângulo de visão que pode ser visto em outros jatos astrofísicos.

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“Como estamos olhando para o jato, onde a matéria se move quase à velocidade da luz, esta emissão torna-se muito desviada para o azul e empurrada para energias muito mais altas,” explica o astrofísico Gor Oganesyan do Instituto de Ciências Gran Sasso, na Itália.

Embora pareça que GRB 221009A foi um exemplo extremo de explosão de raios gama, observações e análises subsequentes revelaram desde então que o BOAT era na verdade bastante normal – o seu brilho era meramente o resultado da sua orientação, irrompendo mesmo na nossa direção.

Na verdade, esta é uma boa notícia. Isso significa que podemos usar o BOAT para entender como as explosões de raios gama normalmente evoluem ao longo do tempo e os processos que ocorrem dentro delas.

“Depois de décadas estudando essas incríveis explosões cósmicas, ainda não entendemos os detalhes de como esses jatos funcionam”, diz a astrofísica Elizabeth Hays do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA.

“Encontrar pistas como esta notável linha de emissão ajudará os cientistas a investigar este ambiente extremo mais profundamente.”

As descobertas foram publicadas em Ciência.