Em agosto de 2017, ocorreu outro grande avanço quando o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) detectou ondas que se acredita serem causadas por uma fusão de estrelas de nêutrons. Pouco tempo depois, os cientistas do LIGO, Advanced Virgo e o Telescópio Espacial Fermi de raios gama conseguiram determinar em que lugar do céu esse evento (conhecido como kilonova) ocorreu.
Essa fonte, conhecida como GW170817 / GRB, tem sido alvo de muitas pesquisas de acompanhamento, pois acreditava-se que a fusão poderia ter levado à formação de um buraco negro. De acordo com um novo estudo realizado por uma equipe que analisou dados do Observatório de Raios-X Chandra da NASA desde o evento, os cientistas agora podem dizer com maior confiança que a fusão criou um novo buraco negro em nossa galáxia.
O estudo, intitulado "GW170817 provavelmente produziu um buraco negro", apareceu recentemente em As Cartas do Jornal Astrofísico. O estudo foi liderado por David Pooley, professor assistente de física e astronomia na Universidade Trinity, em San Antonio, e incluiu membros da Universidade do Texas em Austin, Universidade da Califórnia, Berkeley e o Laboratório de Cosmos Energético da Universidade Nazarbayev, no Cazaquistão.
Para o estudo, a equipe analisou dados de raios X de Chandra obtidos nos dias, semanas e meses após a detecção de ondas gravitacionais pelo LIGO e raios gama pela missão Fermi da NASA. Embora quase todos os telescópios do mundo tenham observado a fonte, os dados de raios-X foram críticos para entender o que aconteceu depois que as duas estrelas de nêutrons colidiram.
Enquanto uma observação Chandra dois a três dias após o evento não conseguiu detectar uma fonte de raios-X, observações subsequentes realizadas 9, 15 e 16 dias após o evento resultaram em detecções. A fonte desapareceu por um tempo quando GW170817 passou por trás do Sol, mas observações adicionais foram feitas cerca de 110 e 160 dias após o evento, as quais mostraram um brilho significativo.
Enquanto os dados do LIGO forneceram aos astrônomos uma boa estimativa da massa do objeto resultante após a fusão das estrelas de nêutrons (2,7 massas solares), isso não foi suficiente para determinar o que havia se tornado. Essencialmente, essa quantidade de massa significava que era a estrela de nêutrons mais massiva já encontrada ou o buraco negro de menor massa já encontrado (os recordistas anteriores eram quatro ou cinco massas solares). Como Dave Pooley explicou em um comunicado de imprensa da NASA / Chandra:
“Embora as estrelas de nêutrons e os buracos negros sejam misteriosos, estudamos muitos deles em todo o Universo usando telescópios como Chandra. Isso significa que temos dados e teorias sobre como esperamos que esses objetos se comportem em raios-X. ”
Se as estrelas de nêutrons se fundissem para formar uma estrela de nêutrons mais pesada, os astrônomos esperariam que ela girasse rapidamente e gerasse um campo magnético muito forte. Isso também teria criado uma bolha expandida de partículas de alta energia que resultariam em emissões brilhantes de raios-X. No entanto, os dados do Chandra revelaram emissões de raios X centenas de vezes inferiores ao esperado de uma estrela de nêutrons maciça e que gira rapidamente.
Ao comparar as observações de Chandra com as de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) da NSF, Pooley e sua equipe também foram capazes de deduzir que as emissões de raios-X eram devidas inteiramente à onda de choque causada pelo rompimento da fusão nos arredores. gás. Em resumo, não havia sinal de raios-X resultante de uma estrela de nêutrons.
Isso implica fortemente que o objeto resultante era de fato um buraco negro. Se confirmados, esses resultados indicariam que o processo de formação de um buraco negro às vezes pode ser complicado. Essencialmente, o GW170817 teria sido o resultado de duas estrelas sofrendo uma explosão de supernova que deixou para trás duas estrelas de nêutrons em uma órbita suficientemente estreita para que eventualmente se juntassem. Como Pawan Kumar explicou:
“Podemos ter respondido a uma das perguntas mais básicas sobre esse evento deslumbrante: o que ele fez? Os astrônomos suspeitam há muito tempo que as fusões de estrelas de nêutrons formariam um buraco negro e produziriam rajadas de radiação, mas não tínhamos um argumento forte até agora. ”
No futuro, as alegações apresentadas por Pooley e seus colegas poderão ser testadas por futuras observações de raios-X e rádio. Os instrumentos da próxima geração - como o Square Kilometer Array (SKA) atualmente em construção na África do Sul e na Austrália e o Advanced Telescope da ESA para Astrofísica de Alta Energia (Athena +) - seriam especialmente úteis nesse sentido.
Se o restante for uma estrela de nêutrons maciça com um forte campo magnético, a fonte deve ficar muito mais brilhante nos comprimentos de onda dos raios X e do rádio nos próximos anos, à medida que a bolha de alta energia alcança o choque em desaceleração onda. À medida que a onda de choque enfraquece, os astrônomos esperam que ela continue se tornando mais fraca do que era quando foi observada recentemente.
Independentemente disso, futuras observações do GW170817 provavelmente fornecerão muitas informações, de acordo com J. Craig Wheeler, co-autor do estudo também da Universidade do Texas. "GW170817 é o evento astronômico que continua dando", disse ele. "Estamos aprendendo muito sobre a astrofísica dos objetos mais densos conhecidos deste único evento."
Se essas observações subsequentes descobrirem que uma estrela de nêutrons pesada é o resultado da fusão, essa descoberta desafiaria as teorias sobre a estrutura das estrelas de nêutrons e o quão massivas elas podem ficar. Por outro lado, se eles acharem que formou um pequeno buraco negro, desafiarão as noções de astrônomos sobre os limites de massa mais baixos dos buracos negros. Para os astrofísicos, é basicamente um cenário em que todos ganham.
Como co-autor Bruce Grossan, da Universidade da Califórnia em Berkeley, acrescentou:
“No começo da minha carreira, os astrônomos só podiam observar estrelas de nêutrons e buracos negros em nossa própria galáxia, e agora estamos observando essas estrelas exóticas no cosmos. Que momento emocionante para estar vivo, ver instrumentos como LIGO e Chandra nos mostrando tantas coisas emocionantes que a natureza tem a oferecer. ”
De fato, olhar mais longe para o cosmos e mais para trás no tempo revelou muito sobre o Universo que antes era desconhecido. E com o aprimoramento de instrumentos sendo desenvolvidos com o único objetivo de estudar fenômenos astronômicos com mais detalhes e a distâncias ainda maiores, parece não haver limite para o que podemos aprender. E não deixe de conferir este vídeo da fusão GW170817, cortesia do Chandra X-ray Observatory:
