Crédito de imagem: ESO
Explosões de raios gama são algumas das maiores explosões do Universo; pode-se gerar mais energia em poucos segundos do que o Sol cria em 10 bilhões de anos. Acredita-se que eles tenham sido causados quando uma estrela supermassiva entra em colapso, chamada hipnova. Os astrônomos do Observatório Europeu do Sul acompanharam o brilho posterior de uma explosão recente usando uma técnica chamada polarimetria, que permite rastrear a forma da explosão. Se fosse uma explosão esférica, a luz teria polaridade aleatória, mas eles descobriram que o gás está fluindo em jatos que aumentam com o tempo.
"Explosões de raios gama (GRBs)" estão certamente entre os eventos mais dramáticos conhecidos na astrofísica. Esses curtos flashes de raios gama energéticos, detectados pela primeira vez no final da década de 1960 por satélites militares, duram de menos de um segundo a vários minutos.
Verificou-se que os GRBs estão situados a distâncias extremamente grandes ("cosmológicas"). A energia liberada em alguns segundos durante um evento como esse é maior que a do Sol durante toda a sua vida útil de mais de 10.000 milhões de anos. Os GRBs são de fato os eventos mais poderosos desde o Big Bang conhecido no Universo, cf. ESO PR 08/99 e ESO PR 20/00.
Nos últimos anos, aumentaram as evidências circunstanciais de que os GRBs sinalizam o colapso de estrelas extremamente massivas, as chamadas hipernovas. Isso foi finalmente demonstrado há alguns meses atrás, quando os astrônomos, usando o instrumento FORS no Very Large Telescope (VLT) do ESO, documentaram em detalhes sem precedentes as mudanças no espectro da fonte de luz ("o brilho óptico") da explosão de raios gama GRB 030329 (cf. ESO PR 16/03). Uma ligação conclusiva e direta entre explosões cosmológicas de raios gama e explosões de estrelas muito massivas foi fornecida nesta ocasião.
A explosão de raios gama GRB 030329 foi descoberta em 29 de março de 2003 pela sonda High Energy Transient Explorer da NASA. As observações de acompanhamento com o espectrógrafo UVES no telescópio VLT KUEYEN de 8,2 m no Observatório Paranal (Chile) mostraram que a explosão teve um desvio para o vermelho de 0,1685 [1]. Isso corresponde a uma distância de cerca de 2.650 milhões de anos-luz, tornando o GRB 030329 o segundo GRB de longa duração mais próximo já detectado. A proximidade do GRB 030329 resultou em uma emissão pós-brilho muito brilhante, permitindo as mais extensas observações de acompanhamento de qualquer pós-brilho até o momento.
Uma equipe de astrônomos [2] liderada por Jochen Greiner, do Max-Planck-Institut de Extraterrestrische Physik (Alemanha), decidiu usar esta oportunidade única para estudar as propriedades de polarização do pós-brilho do GRB 030329, desenvolvido após o explosão.
As hipernovas, a fonte dos GRBs, estão de fato tão distantes que só podem ser vistas como pontos de luz não resolvidos. Para sondar sua estrutura espacial, os astrônomos precisam, portanto, de um truque: polarimetria (ver ESO PR 23/03).
A polarimetria funciona da seguinte maneira: a luz é composta de ondas eletromagnéticas que oscilam em certas direções (planos). A reflexão ou dispersão da luz favorece certas orientações dos campos elétrico e magnético sobre outras. É por isso que os óculos polarizados podem filtrar o brilho da luz do sol refletindo em um lago.
A radiação em uma explosão de raios gama é gerada em um campo magnético ordenado, como a chamada radiação síncrotron [3]. Se a hipernova for esférica simétrica, todas as orientações das ondas eletromagnéticas estarão presentes igualmente e terão uma média da média, de modo que não haverá polarização líquida. Se, no entanto, o gás não for ejetado simetricamente, mas em um jato, uma leve polarização líquida será impressa na luz. Essa polarização líquida mudará com o tempo, pois o ângulo de abertura do jato aumenta com o tempo, e vemos uma fração diferente do cone de emissão.
O estudo das propriedades de polarização do pós-brilho de uma explosão de raios gama permite obter conhecimento sobre as estruturas espaciais subjacentes e a força e orientação do campo magnético na região onde a radiação é gerada. “E fazer isso por um longo período de tempo, à medida que a luz do brilho desaparece e evolui, nos fornece uma ferramenta de diagnóstico exclusiva para estudos de explosão de raios gama”, diz Jochen Greiner.
Embora existam medições únicas anteriores da polarização do pós-brilho óptico do GRB, nenhum estudo detalhado foi feito sobre a evolução da polarização com o tempo. Esta é de fato uma tarefa muito exigente, possível apenas com um instrumento extremamente estável no maior telescópio ... e um brilho óptico suficiente após o brilho.
Assim que GRB 030329 foi detectado, a equipe de astrônomos recorreu ao poderoso instrumento multimodo FORS1 no telescópio VLT ANTU. Eles obtiveram 31 observações polarimétricas ao longo de um período de 38 dias, o que lhes permitiu medir, pela primeira vez, as alterações da polarização de um raio gama óptico de explosão de raios gama com o tempo. Esse conjunto exclusivo de dados observacionais documenta as alterações físicas no objeto remoto em detalhes inigualáveis.
Seus dados mostram a presença de polarização no nível de 0,3 a 2,5% durante o período de 38 dias, com variabilidade significativa na força e orientação em escalas de tempo até horas. Esse comportamento específico não foi previsto por nenhuma das principais teorias.
Infelizmente, a curva de luz muito complexa desse pós-brilho GRB, por si só não entendida, impede uma aplicação direta dos modelos de polarização existentes. “Acontece que derivar a direção do jato e a estrutura do campo magnético não é tão simples como pensávamos originalmente”, observa Olaf Reimer, outro membro da equipe. “Mas as rápidas mudanças nas propriedades de polarização, mesmo durante fases suaves da curva de luz pós-brilho, representam um desafio à teoria do pós-brilho”.
“Possivelmente”, acrescenta Jochen Greiner, “o baixo nível geral de polarização indica que a força do campo magnético nas direções paralela e perpendicular não difere em mais de 10%, sugerindo um campo fortemente acoplado ao material em movimento. Isso é diferente do campo de grande escala que resta da estrela em explosão e que se pensa produz o alto nível de polarização nos raios gama. ”
Fonte original: Comunicado de imprensa do ESO
