No domingo, 9 de outubro de 2022, um pulso de radiação intensa varreu o sistema solar tão excepcional que os astrônomos rapidamente o apelidaram de BARCO – o mais brilhante de todos os tempos.
A fonte foi uma explosão de raios gama (GRB), a classe mais poderosa de explosões do universo.
A explosão acionou detectores em várias espaçonaves, e observatórios em todo o mundo seguiram. Depois de vasculhar todos esses dados, os astrônomos agora podem caracterizar o quão brilhante ele era e entender melhor seu impacto científico.
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"GRB 221009A foi provavelmente a explosão mais brilhante em energias de raios-X e raios gama a ocorrer desde que a civilização humana começou", disse Eric Burns, professor assistente de física e astronomia na Louisiana State University, em Baton Rouge. Ele liderou uma análise de cerca de 7.000 GRBs – a maioria detectada pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA e pelo instrumento russo Konus na sonda Wind da NASA – para estabelecer com que frequência eventos tão brilhantes podem ocorrer. Sua resposta: uma vez a cada 10.000 anos.
A explosão foi tão brilhante que efetivamente cegou a maioria dos instrumentos de raios gama no espaço, o que significa que eles não podiam registrar diretamente a intensidade real da emissão. Cientistas norte-americanos foram capazes de reconstruir essas informações a partir dos dados do Fermi. Eles então compararam os resultados com os da equipe russa que trabalha em dados Konus e equipes chinesas analisando observações do detector GECAM-C em seu satélite SATech-01 e instrumentos em seu observatório Insight-HXMT. Juntos, eles provam que a explosão foi 70 vezes mais brilhante do que qualquer outra já vista.
Burns e outros cientistas apresentaram novas descobertas sobre o BOAT na reunião da Divisão de Astrofísica de Alta Energia da Sociedade Astronômica Americana em Waikoloa, Havaí. As observações da explosão abrangem o espectro, de ondas de rádio a raios gama, e incluem dados de muitas missões da NASA e de parceiros, incluindo o telescópio de raios-X NICER na Estação Espacial Internacional, o observatório NuSTAR da NASA e até mesmo a Voyager 1 no espaço interestelar. Artigos descrevendo os resultados apresentados aparecem em uma edição de foco do The Astrophysical Journal Letters.
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O sinal do GRB 221009A estava viajando por cerca de 1,9 bilhão de anos antes de chegar à Terra, tornando-o um dos GRBs "longos" mais próximos, cuja emissão inicial, ou imediata, dura mais de dois segundos. Os astrônomos pensam que essas explosões representam os gritos de nascimento de buracos negros formados quando os núcleos de estrelas massivas colapsam sob seu próprio peso. À medida que ingere rapidamente a matéria circundante, o buraco negro explode jatos em direções opostas, contendo partículas aceleradas para perto da velocidade da luz. Esses jatos perfuram a estrela, emitindo raios-X e raios gama à medida que fluem para o espaço.
Com este tipo de GRB, os astrônomos esperam encontrar uma supernova brilhante algumas semanas depois, mas até agora ela se mostrou indescritível. Uma razão é que o GRB apareceu em uma parte do céu que está apenas alguns graus acima do plano da nossa própria galáxia, onde nuvens de poeira espessas podem diminuir muito a luz recebida.
"Não podemos dizer conclusivamente que existe uma supernova, o que é surpreendente, dado o brilho da explosão", disse Andrew Levan, professor de astrofísica da Universidade Radboud, em Nijmegen, Holanda. Como as nuvens de poeira se tornam mais transparentes nos comprimentos de onda infravermelhos, Levan liderou observações no infravermelho próximo e médio usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA - seu primeiro uso para esse tipo de estudo - bem como o Telescópio Espacial Hubble para detectar a supernova. "Se está lá, é muito fraco. Planejamos continuar olhando", acrescentou, "mas é possível que toda a estrela tenha colapsado diretamente no buraco negro em vez de explodir". Observações adicionais do Webb e do Hubble estão planejadas para os próximos meses.
À medida que os jatos continuam a se expandir para o material ao redor da estrela condenada, eles produzem um brilho posterior de vários comprimentos de onda que gradualmente desaparece.
"Sendo tão perto e tão brilhante, essa explosão nos ofereceu uma oportunidade sem precedentes de reunir observações do brilho posterior em todo o espectro eletromagnético e testar o quão bem nossos modelos refletem o que realmente está acontecendo em jatos GRB", disse Kate Alexander, professora assistente do departamento de astronomia da Universidade do Arizona, em Tucson. "Vinte e cinco anos de modelos pós-brilho que funcionaram muito bem não podem explicar completamente este jato", disse ela. "Em particular, encontramos um novo componente de rádio que não entendemos completamente. Isso pode indicar estrutura adicional dentro do jato ou sugerir a necessidade de revisar nossos modelos de como os jatos GRB interagem com seus arredores."
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Os jatos em si não eram extraordinariamente poderosos, mas eram excepcionalmente estreitos – muito parecidos com o jet setting de uma mangueira de jardim – e um deles foi apontado diretamente para nós, explicou Alexander. Quanto mais perto de frente vemos um jato, mais brilhante ele parece. Embora o brilho posterior tenha sido inesperadamente fraco nas energias de rádio, é provável que o GRB 221009A permaneça detectável por anos, proporcionando uma nova oportunidade para rastrear o ciclo de vida completo de um jato poderoso.
A explosão também permitiu que os astrônomos sondassem nuvens de poeira distantes em nossa própria galáxia. À medida que os raios-X rápidos viajavam em nossa direção, alguns deles refletiam nas camadas de poeira, criando "ecos de luz" estendidos da explosão inicial na forma de anéis de raios-X que se expandiam a partir da localização da explosão. O Telescópio de Raios-X do Observatório Neil Gehrels Swift da NASA descobriu a presença de uma série de ecos. O acompanhamento detalhado do telescópio XMM-Newton da ESA (Agência Espacial Europeia), juntamente com dados Swift, revelou que estes anéis extraordinários foram produzidos por 21 nuvens de poeira distintas.
"Como as nuvens de poeira espalham raios-X depende de suas distâncias, dos tamanhos dos grãos de poeira e das energias de raios-X", explicou Sergio Campana, diretor de pesquisa do Observatório de Brera e do Instituto Nacional de Astrofísica em Merate, Itália. "Fomos capazes de usar os anéis para reconstruir parte da emissão imediata de raios-X da explosão e determinar onde em nossa galáxia as nuvens de poeira estão localizadas."
GRB 221009A é apenas a sétima explosão de raios gama a exibir anéis de raios-X, e triplica o número visto anteriormente em torno de um. Os ecos vieram de poeira localizada entre 700 e 61.000 anos-luz de distância. Os ecos mais distantes – claros do outro lado da nossa Via Láctea – também estavam a 4.600 anos-luz acima do plano central da galáxia, onde o sistema solar reside.
Por fim, a explosão oferece uma oportunidade para explorar uma grande questão cósmica. "Pensamos nos buracos negros como coisas que consomem tudo, mas eles também devolvem energia de volta ao universo?", perguntou Michela Negro, astrofísica da Universidade de Maryland, Condado de Baltimore, e do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt.
Sua equipe foi capaz de sondar os anéis de poeira com o Imaging X-ray Polarimetry Explorer da NASA para vislumbrar como a emissão imediata foi organizada, o que pode dar insights sobre como os jatos se formam. Além disso, um pequeno grau de polarização observado na fase de pós-brilho confirma que vimos o jato quase diretamente de frente.
Juntamente com medições semelhantes que estão agora a ser estudadas por uma equipa que utiliza dados do observatório INTEGRAL da ESA, os cientistas dizem que pode ser possível provar que os jactos do BOAT foram alimentados pela exploração da energia de um campo magnético amplificado pela rotação do buraco negro. Previsões baseadas em tais modelos já explicaram com sucesso outros aspectos dessa explosão.
Imagem do banner: A Wide Field Camera 3 do Telescópio Espacial Hubble revelou o brilho infravermelho (circulado) do BOAT GRB e sua galáxia hospedeira, visto quase de lado como uma lasca de luz que se estende até o canto superior direito da explosão. Este composto incorpora imagens tiradas em 8 de novembro e 4 de dezembro de 2022, um e dois meses após a erupção. Dado o seu brilho, o brilho posterior da explosão pode permanecer detectável por telescópios por vários anos. A imagem combina três imagens de infravermelho próximo tiradas todos os dias em comprimentos de onda de 1 a 1,5 mícrons. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Universidade de Radboud); Processamento de imagem: Gladys Kober