Os telescópios espaciais da ESA observaram a explosão de raios-gama mais brilhante jamais vista. Os dados deste raro evento podem tornar-se instrumentais para a compreensão dos detalhes das colossais explosões que criam GRBs (sigla inglesa para "gamma-ray bursts").

Os raios-X da explosão iluminaram 20 nuvens de poeira na nossa Galáxia, permitindo que as suas distâncias e propriedades de poeira fossem determinadas com mais precisão do que nunca. Mas um mistério permanece. Os detritos da estrela explodida que produziu o GRB parecem ter desaparecido sem deixar vestígios.

GRB 221009A foi reportado pela primeira vez quando o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA detetou os raios-X a 9 de outubro de 2022. A fonte parecia estar localizada na nossa Via Láctea, não muito longe do Centro Galáctico. No entanto, dados adicionais dos telescópios espaciais Swift e Fermi da NASA sugeriram, pouco tempo depois, que estava muito mais longe. Observações do VLT (Very Large Telescope) do ESO colocaram então a explosão numa galáxia muito mais distante que por acaso está por detrás da nossa.

Estando muito mais longe, a cerca de dois mil milhões de anos-luz em vez de várias dezenas de milhares, significava que o GRB tinha de ser excecionalmente brilhante.

"A diferença entre a uma típica explosão de raios-gama e esta é aproximadamente a mesma que a diferença entre uma lâmpada na nossa sala de estar e os holofotes de um estádio", diz Andrew Levan, da Universidade de Radbound, nos Países Baixos, que utilizou o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA e o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA para observar a explosão.

Estatisticamente, um GRB tão brilhante quanto GRB 221009A só deverá acontecer uma vez a cada muitos milhares de anos, podendo mesmo ser a explosão de raios-gama mais brilhante desde o início da civilização humana. Os astrónomos apelidaram-no de BOAT (sigla inglesa para "brightest of all time").

"Este tem sido um evento muito revelador. Tivemos muita sorte em testemunhá-lo", diz Alicia Rouco Escorial, investigadora do ESA que estuda GRBs.

GRB 221009A apareceu na direção da constelação de Sagitário, dentro do plano central da nossa Galáxia, rico em poeira. A estrela brilhante perto do canto superior esquerdo é Vega. Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

Os cálculos mostraram que, durante os poucos segundos que durou, a explosão depositou cerca de um gigawatt de potência na atmosfera superior da Terra. Isto é o equivalente à produção energética de uma central elétrica terrestre. "Foram emitidos tantos raios-gama e raios-X que excitou a ionosfera da Terra", diz Erik Kuulkers, cientista do projeto INTEGRAL da ESA, uma das naves espaciais que detetou o GRB.

Uma série de outras naves espaciais, XMM-Newton, Solar Orbiter, BepiColombo, Gaia e SOHO, também detetaram o GRB ou os seus efeitos na nossa Galáxia. O evento foi tão brilhante que ainda hoje a radiação residual, conhecido como brilho remanescente, é visível e continuará a sê-lo durante muito tempo. "Vamos ver o brilho remanescente deste evento durante anos", diz Volodymyr Savchenko, da Universidade de Genebra, Suíça, que está atualmente a analisar os dados do INTEGRAL.

Esta grande quantidade de dados de instrumentos totalmente diferentes está agora a ser reunida para compreender como a explosão original ocorreu e como a radiação interagiu com outras matérias na sua viagem pelo espaço.

Uma área que já produziu resultados científicos é o modo como os raios-X iluminaram as nuvens de poeira na nossa Galáxia. A radiação percorreu o espaço intergaláctico durante cerca de dois mil milhões de anos antes de entrar na Via Láctea. Depois encontrou a primeira nuvem de poeira há cerca de 60.000 anos e a última há cerca de 1000 anos.

O instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble revelou o brilho infravermelho (no círculo vermelho) de GRB 221009A e a sua galáxia hospedeira, vista quase de lado como uma "risca" de luz que se estende para cima e para a direita da explosão de raios-gama. Esta animação muda entre imagens obtidas nos dias 8 de novembro e 4 de dezembro de 2022, um e dois meses após a explosão. Dada a sua luminosidade, o brilho remanescente da explosão pode permanecer detetável durante vários anos. Cada imagem combina três exposições no infravermelho próximo obtidas a comprimentos de onda entre 1 e 1,5 micrómetros e tem 34 segundos de arco (ver imagem individual apenas). Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Universidade Radboud); processamento: Gladys Kober

De cada vez que os raios-X encontraram uma nuvem de poeira, espalharam alguma da radiação, criando anéis concêntricos que pareciam expandir-se para o exterior. O XMM-Newton da ESA observou estes anéis durante vários dias após o GRB. As nuvens mais próximas produziram os maiores anéis simplesmente porque parecem maiores por perspetiva.

Andrea Tiengo, da Scuola Universitaria Superiore IUSS Pavia, Itália, e uma equipa de astrónomos analisaram os dados para obter a distância mais precisa a cada uma destas nuvens de poeira. "A primeira nuvem que atingiu parece estar no limite da nossa Galáxia, longe de onde as nuvens de poeira galáctica são normalmente observadas", diz Andrea. A equipa inferiu então as propriedades dos grãos de poeira nas nuvens, porque os raios-X estão dispersos de acordo com o tamanho, forma e composição da poeira.

Ao longo dos anos, os astrónomos propuseram uma série de propriedades diferentes para os grãos de poeira e assim Andrea e colegas puderam testá-las contra os dados obtidos em raios-X. Descobriram que um modelo reproduziu os anéis extremamente bem. Neste modelo, os grãos de poeira eram compostos principalmente de grafite, uma forma cristalina de carbono. Também utilizaram os seus dados para reconstruir a emissão de raios-X do próprio GRB porque esse sinal particular não foi observado diretamente por nenhum instrumento.

Esta ilustração mostra os ingredientes de uma longa explosão de raios-gama, o tipo mais comum. O núcleo de uma estrela massiva (esquerda) entrou em colapso, formando um buraco negro que envia um jato de partículas em movimento através da estrela em colapso e para o espaço, quase à velocidade da luz. A radiação através do espectro surge do gás ionizado quente (plasma) na vizinhança do buraco negro recém-nascido, colisões entre conchas de gás em rápido movimento dentro do jato (ondas de choque internas), e da orla dianteira do jato à medida que este varre e interage com o seu ambiente (choque externo). Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

Mas ainda permanece por resolver um mistério acerca do objeto que criou o GRB. Andrew Levan e colegas utilizaram os telescópios espaciais Webb e Hubble para procurar o rescaldo da explosão - e não encontraram nada. "Isto é estranho", diz, "e o seu significado não é totalmente óbvio".

É possível que a estrela fosse tão massiva que, após a explosão inicial, formou imediatamente um buraco negro e esse engoliu o material que tradicionalmente formaria a nuvem conhecida como remanescente de supernova.

Portanto, há muito trabalho de acompanhamento a ser feito, pois os astrónomos continuam a procurar o remanescente da estrela que explodiu. Uma coisa que irão procurar é vestígios de elementos pesados como o ouro, que se pensa serem produzidos em explosões gigantescas como esta.

// ESA (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian (comunicado de imprensa)
// Instituto SETI (comunicado de imprensa)
// Universidade de Berkeley (comunicado de imprensa)
// Universidade de Stanford (comunicado de imprensa)
// Universidade do Arizona (comunicado de imprensa)
// Universidade do Utah (comunicado de imprensa)
// Universidade Estatal do Louisiana (comunicado de imprensa)
// Universidade Estatal da Pensilvânia (comunicado de imprensa)
// Universidade de Sydney (comunicado de imprensa)
// Universidade de Birmingham (comunicado de imprensa)
// Universidade de Oxford (comunicado de imprensa)
// Universidade de Leicester (comunicado de imprensa)
// Universidade John Moores em Liverpool (comunicado de imprensa)
// Queen's University Belfast (comunicado de imprensa)
// Coleção de artigos científicos sobre GRB 221009A (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
18/10/2022 - Telescópios detetam uma explosão cósmica excecional

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