Os astrónomos têm estado a analisar uma série de dados provenientes de satélites da NASA e de outras instalações, enquanto tentam descobrir o responsável por uma extraordinária explosão cósmica descoberta no dia 2 de julho.

O evento foi um GRB ("gamma-ray burst"; em português "surto de raios gama"), a classe mais poderosa de explosões cósmicas. Mas enquanto a maioria dos GRBs dura apenas um minuto, este prolongou-se durante dias.

Os investigadores têm estado a discutir ansiosamente as suas descobertas e concordam que o evento sem precedentes é provavelmente o prenúncio de um novo tipo de explosão estelar. Os cientistas dizem que a melhor explicação para o surto foi um buraco negro a consumir uma estrela, mas discordam quanto à forma exata como isso aconteceu. As excitantes possibilidades incluem um buraco negro milhares de vezes mais massivo do que o Sol a destruir uma estrela que passou demasiado perto dele ou um buraco negro muito mais pequeno a fundir-se e a consumir a sua companheira estelar.

"A onda inicial de raios gama durou pelo menos 7 horas, quase o dobro da duração do GRB mais longo visto anteriormente, e detetámos outras propriedades invulgares", disse Eliza Neights da Universidade George Washington em Washington e do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, EUA. "Esta é certamente uma explosão diferente de qualquer outra que tenhamos visto nos últimos 50 anos".

Neights e outros astrónomos partilharam os seus resultados em outubro, na reunião da Divisão de Astrofísica de Altas Energias da Sociedade Astronómica Americana, em St. Louis, Missouri, EUA. Foram publicados ou aceites vários artigos científicos sobre este evento e mais estão a ser preparados.

Explosão excecional

Detetados em média uma vez por dia, os GRBs podem aparecer em qualquer parte do céu sem aviso prévio. São eventos muito distantes, com o exemplo mais próximo conhecido a irromper a mais de 100 milhões de anos-luz de distância.

A duração recorde do surto de julho, denominado GRB 250702B, coloca-o numa classe à parte. Dos cerca de 15.000 GRBs observados desde que o fenómeno foi reconhecido pela primeira vez em 1973, nenhum é tão longo e apenas uma meia dúzia sequer se aproxima. Dado que as oportunidades de estudar tais eventos são tão raras, e porque podem revelar novas formas de criar GRBs, os astrónomos estão particularmente entusiasmados com o GRB de julho.

A maioria dos GRBs dura entre alguns milissegundos e alguns minutos e sabe-se que se formam de duas maneiras: ou pela fusão de duas estrelas de neutrões do tamanho de uma cidade ou pelo colapso de uma estrela massiva quando o seu núcleo fica sem combustível. Cada uma delas produz um novo buraco negro. Alguma da matéria que cai em direção ao buraco negro é canalizada para jatos estreitos de partículas que se lançam quase à velocidade da luz, criando raios gama à medida que avançam. Mas nenhum destes tipos de explosões pode facilmente criar jatos capazes de disparar durante dias, razão pela qual 250702B constitui um puzzle único.

Vendo luz

O instrumento GBM (Gamma-ray Burst Monitor) do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA descobriu o surto e foi acionado várias vezes ao longo de 3 horas. Foi também detetado pelo instrumento BAT (Burst Alert Telescope) do Observatório Neil Gehrels Swift da NASA, pelo instrumento russo Konus da missão Wind da NASA, pelo GRNS (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer) da Psyche - uma nave espacial da NASA atualmente a caminho do asteroide 16 Psyche - e pelo instrumento japonês MAXI (Monitor of All-sky X-ray Image) a bordo da Estação Espacial Internacional.

"O surto durou tanto tempo que nenhum monitor de alta energia no espaço estava equipado para o observar completamente", disse Eric Burns, astrofísico da Universidade do Estado do Louisiana em Baton Rouge e membro da equipa de Neights que estuda o brilho de raios gama desta explosão. "Só através do poder combinado dos instrumentos de várias naves espaciais é que conseguimos compreender este evento".

O instrumento WXT (Wide-field X-ray Telescope) da Einstein Probe da China também detetou o surto em raios X e mostrou que um sinal estava presente no dia anterior. A primeira localização exata surgiu no início de 3 de julho, quando o XRT (X-ray Telescope) do Swift captou o surto na constelação do Escudo, perto do plano poeirento e lotado da nossa Galáxia, a Via Láctea. Tendo em conta esta localização e a deteção de raios X no dia anterior, os astrónomos perguntaram-se se este evento poderia ser um tipo diferente de explosão originária de algum lugar dentro da nossa própria Galáxia.

Imagens de alguns dos maiores telescópios do planeta, incluindo dos observatórios Keck e Gemini, no Hawaii, e do VLT (Very Large Telescope) do ESO, no Chile, sugeriam a existência de uma galáxia no local, pelo que os astrónomos recorreram ao Telescópio Espacial Hubble da NASA para uma visão mais clara.

"É definitivamente uma galáxia, provando que foi uma explosão distante e poderosa, mas tem um aspeto estranho", disse Andrew Levan, professor de astrofísica da Universidade de Radboud, nos Países Baixos, que liderou o estudo do VLT e do Hubble. "Os dados do Hubble podem mostrar ou duas galáxias a fundirem-se ou uma galáxia com uma banda escura de poeira a dividir o núcleo em duas metades".

Imagens mais recentes captadas pelo instrumento NIRcam do Telescópio Espacial James Webb da NASA apoiam fortemente a interpretação de Levan. "A resolução do Webb é inacreditável. Podemos ver tão claramente que o surto brilhou através desta banda de poeira que se espalha pela galáxia", disse Huei Sears, investigador pós-doc na Universidade Rutgers, em Nova Jersey, EUA, que liderou as observações do NIRcam. "É fantástico ver a hospedeira do GRB com tanto pormenor".

No final de agosto, uma equipa liderada por Benjamin Gompertz, da Universidade de Birmingham, no Reino Unido, utilizou o instrumento NIRSpec do Webb e o VLT para determinar a distância da galáxia e outras propriedades. "O surto foi extraordinariamente poderoso, com uma energia equivalente à emitida por mil sóis a brilhar durante 10 mil milhões de anos", disse Gompertz. "Surpreendentemente, a galáxia está tão longe que a luz desta explosão começou a sua viagem há cerca de 8 mil milhões de anos, muito antes de o nosso Sol e o nosso Sistema Solar terem começado a formar-se".

A imagem à esquerda mostra o campo estelar em torno da galáxia hospedeira do GRB 250702B. A imagem incorpora observações do telescópio Gemini North no Hawaii e do instrumento DECam (Dark Energy Camera) montado no Telescópio de 4 metros Víctor M. Blanco no Observatório Interamericano de Cerro Tololo no Chile. À direita: uma vista em grande plano da galáxia hospedeira obtida com o telescópio Gemini North. Esta imagem, que abrange 9,5 segundos de arco, é o resultado de mais de duas horas de observações, mas a galáxia hospedeira é pouco visível devido à grande quantidade de poeira que a rodeia. Os dados óticos e no infravermelho próximo do DECam foram adquiridos a 3 de julho, enquanto as observações no infravermelho próximo do Gemini North foram feitas a 20 de julho. Crédito: Observatório Internacional Gemini/CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA; processamento - M. Zamani & D. de Martin (NSF NOIRLab)

Um estudo exaustivo dos raios X que se seguiram à explosão principal utilizou observações do Swift, do Observatório de raios X Chandra da NASA e da missão NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da mesma agência espacial. Os dados do Swift e do NuSTAR revelaram a ocorrência de erupções rápidas até dois dias após a descoberta do surto.

"A contínua acreção de matéria pelo buraco negro alimentou um fluxo que produziu estas erupções, mas o processo continuou durante muito mais tempo do que é possível nos modelos padrão dos GRBs", disse o líder do estudo Brendan O'Connor, da Universidade Carnegie Mellon em Pittsburgh. "As erupções tardias de raios X mostram-nos que a fonte de energia do surto se recusou a desligar-se, o que significa que o buraco negro continuou a alimentar-se durante pelo menos alguns dias após a erupção inicial".

Evidências contraditórias

Os dados do Fermi e do Swift indicam um GRB típico, embora invulgarmente longo. As observações espetroscópicas do Webb não encontraram uma explosão de supernova, que tipicamente se segue a um GRB de colapso estelar, embora possa ter sido obscurecida pela poeira e pela distância. A Einstein Probe observou raios X um dia antes da explosão, enquanto o NuSTAR registou erupções de raios X até dois dias depois, e nenhuma delas é típica dos GRBs.

Para além disso, um estudo detalhado liderado por Jonathan Carney, estudante na Universidade da Carolina do Norte, Chapel Hill, mostra que a galáxia hospedeira é muito diferente das galáxias tipicamente pequenas que hospedam a maioria dos GRBs de colapso estelar. "Esta galáxia é surpreendentemente grande, com mais do dobro da massa da nossa própria Galáxia", disse.

Em qualquer dos dois cenários mais discutidos, o buraco negro terá comido a estrela em cerca de um dia.

O primeiro invoca um buraco negro de massa intermédia, com alguns milhares de massas solares e um horizonte de eventos - o ponto de não retorno - algumas vezes maior do que a Terra. Uma estrela aproxima-se demasiado, é esticada ao longo da sua órbita por forças gravitacionais e é rapidamente consumida pelo buraco negro. Isto descreve aquilo a que os astrónomos chamam um evento de perturbação de marés, mas causado por um raramente observado buraco negro de massa intermédia, com uma massa muito superior à dos que nascem num colapso estelar e muito menor do que os gigantes que se encontram nos centros das grandes galáxias.

No dia 5 de outubro, o Telescópio Espacial James Webb da NASA deu aos astrónomos a sua visão mais clara da galáxia hospedeira do GRB 250702B, que está tão longe que a sua luz demora cerca de 8 mil milhões de anos a chegar até nós. Aparece num campo de estrelas no plano central densamente povoado da nossa Galáxia, a Via Láctea. Na imagem ampliada, as linhas indicam a posição do surto perto do limite superior da faixa de poeira escura da galáxia. Esta localização elimina a possibilidade de a explosão estar associada ao buraco negro supermassivo no núcleo da galáxia. A imagem completa no infravermelho tem cerca de 2,1 minutos de arco de diâmetro. Crédito: NASA, ESA, CSA, H. Sears (Rutgers); processamento - A. Pagan (STScI)

A equipa de raios gama é a favor de um cenário diferente porque, se este surto for como os outros, a massa do buraco negro deve ser mais parecida com a do nosso Sol. O seu modelo prevê um buraco negro com cerca de três vezes a massa do Sol - com um horizonte de eventos com apenas 18 quilómetros de diâmetro - orbitando e fundindo-se com uma estrela companheira. A estrela tem uma massa semelhante à do buraco negro, mas é muito mais pequena do que o Sol. Isso deve-se ao facto de a sua atmosfera de hidrogénio ter sido quase toda removida, até ao seu denso núcleo de hélio, formando um objeto a que os astrónomos chamam estrela de hélio.

Em ambos os casos, a matéria da estrela flui primeiro em direção ao buraco negro e acumula-se num vasto disco, a partir do qual o gás faz o seu mergulho final no buraco negro. A dada altura deste processo, o sistema começa a brilhar intensamente em raios X. Depois, à medida que o buraco negro consome rapidamente a matéria da estrela, jatos de raios gama são lançados para o exterior.

O modelo de fusão da estrela de hélio faz uma previsão única. Uma vez que o buraco negro está totalmente imerso no corpo principal da estrela, devorando-a a partir do seu interior, a energia que liberta faz explodir a estrela e dá origem a uma supernova.

Infelizmente, esta explosão ocorreu por detrás de enormes quantidades de poeira, o que significa que mesmo o poder do telescópio Webb não foi suficiente para ver a supernova esperada. Embora as evidências para explicar o que aconteceu a 2 de julho tenham de esperar por eventos futuros, 250702B já forneceu novos conhecimentos sobre os GRBs mais longos, graças, em grande parte, à constante monitorização cósmica da frota de observatórios e instrumentos espalhados pelo planeta e mais além.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade George Washington (comunicado de imprensa)
// NOIRLab (comunicado de imprensa)
// Universidade Rutgers (comunicado de imprensa)
// Observatório Internacional Gemini (comunicado de imprensa)
// Chandra/Harvard (comunicado de imprensa)

Artigos científicos:
// Neights et al - raios gama (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Gompertz et al - dados do NIRSpec (arXiv.org)
// Carney et al - dados no visível e no infravermelho (The Astrophysical Journal Letters)
// O'Connor et al - raios X (The Astrophysical Journal Letters)
// Levan et al - dados do VLT e do MeerKAT (The Astrophysical Journal Letters)
// Oganesyan et al - dados do Fermi, Swift e NuSTAR (Astronomy & Astrophysics)

Quer saber mais?

GRB 250702B:
Wikipedia

Surto de raios gama (ou GRB, sigla inglesa para "gamma-ray burst"):
Wikipedia

Telescópio Espacial Fermi:
NASA
Wikipedia

Observatório Neil Gehrels Swift:
NASA
Wikipedia

Missão Psyche:
NASA
Universidade do Estado do Arizona
Wikipedia

Einstein Probe:
Academia Chinesa de Ciências
ESA
Wikipedia

Observatório W. M. Keck:
Página principal
Wikipedia

Observatório Internacional Gemini:
Página principal
Wikipedia

Observatório de raios X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
Wikipedia

NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array):
NASA
Caltech
Wikipedia

JWST (Telescópio Espacial James Webb):
NASA
STScI
STScI (website para o público)
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