Em todo o universo, a cerca de 7,5 bilhões de anos-luz de distância, uma estrela moribunda liberou alguns dos astrônomos de luz de maior energia que já viram. E essas partículas de luz, ou fótons, estão ajudando os astrônomos a entender como essas partículas são impulsionadas para energias tão extremas.
Os astrônomos encontraram os fótons de ultra alta energia enquanto olhavam para um evento chamado explosão de raios gama, ou GRB. Pensado como resultado da colisão de estrelas de nêutrons ou do colapso de uma estrela massiva, surtos de raios gama aparecem de repente, às vezes por apenas uma fração de segundo. Uma dessas explosões fugazes pode liberar mais energia do que o sol geraria ao longo de toda a sua vida. Esses eventos são difíceis de entender, mas um pós-brilho segue a explosão. A luz do brilho posterior é mais fraca, mas dura mais tempo, permitindo que os astrônomos a medam em detalhes.
Em 14 de janeiro de 2019, uma dessas explosões de raios gama, denominada GRB 190114C, foi descoberta por dois telescópios espaciais através de um sistema automatizado. Em 22 segundos, os astrônomos da Terra direcionaram seus telescópios terrestres para medir o brilho posterior após o evento.
"Estamos procurando há mais de 20 anos", Razmik Mirzoyan, porta-voz dos Telescópios Cherenkov de Imagens Gama Atmosféricas Principais. (Colaboração e co-autor do novo estudo, disse ao Live science. O fato de eles terem conseguido encontrar este, disse Mirzoyan, "não foi mera sorte, é apenas persistência".
Em termos astronômicos, o evento foi relativamente próximo, o que permitiu aos astrônomos medir o brilho posterior em uma grande variedade de comprimentos de onda. Nos dez dias seguintes, os cientistas coletaram dados de seis satélites e 15 telescópios terrestres que detectaram radiação em comprimentos de onda que variavam de rádio a luz ultravioleta.
Analisando as medidas das primeiras dezenas de segundos após a explosão, os astrônomos encontraram fótons com energias de trilhões de elétron-volts - isso é trilhões de vezes a energia dos fótons típicos vindos do sol.
Embora fótons com energias superiores a 1 trilhão de elétron-volts tenham sido detectados antes de outras fontes astrofísicas, como remanescentes de supernovas, não se sabia que nenhum se originou de um GRB.
Os dados de comprimento de onda ajudaram os astrônomos a estabelecer como as partículas eram energizadas. Fótons de menor energia foram liberados por partículas em espiral ao redor de campos magnéticos em um processo conhecido como radiação síncrotron. Por outro lado, os fótons de alta energia e recorde foram acelerados através de colisões com elétrons de alta energia - uma variação de um mecanismo que os cientistas chamam de dispersão inversa de Compton. As descobertas confirmam teorias sobre GRBs e ajudam os astrônomos a entender a física dessas explosões bizarras.
"Depois de mais de 50 anos desde que os GRBs foram descobertos, muitos de seus aspectos fundamentais ainda permanecem misteriosos", disse Mirzoyan em comunicado. "A descoberta da emissão de raios gama do GRB 190114C ... mostra que as explosões do GRB são ainda mais poderosas do que se pensava antes."
Enquanto os astrônomos há muito procuram esses fótons de energia ultra alta, o GRB 190114C não foi um evento raro - apenas um que é difícil de capturar. Graças a telescópios como o MAGIC e o Sistema Estereoscópico de Alta Energia (H.E.S.S.), que são projetados para detectar raios gama de ultra alta energia e sistemas automatizados para detectar GRBs iniciais, os cientistas esperam capturar mais desses fótons de ultra alta energia no futuro.
"Estamos entrando em uma nova era de descoberta de fótons de energia ultra alta", disse Bing Live a um astrofísico da Universidade de Nevada, Las Vegas, que não estava envolvido com o novo estudo. "Como a física rica é esperada no regime de alta energia, essas observações certamente trarão emoções nos próximos anos".
Os novos resultados foram publicados em 20 de novembro na revista Nature.
