Astrónomos descobrem nova classe de explosões cósmicas

Os astrónomos descobriram dois objetos que, somados a um objeto estranho descoberto em 2018, constituem uma nova classe de explosões cósmicas.

O novo tipo de explosão partilha algumas características com as explosões de supernova de estrelas massivas e com as explosões que geram GRBs (explosões de raios-gama, “gamma-ray bursts”), mas ainda com algumas diferenças distintas.

A saga começou em junho de 2018 quando os astrónomos viram uma explosão cósmica com características e comportamento surpreendentes. O objeto, apelidado AT2018cow (“A Vaca”), atraiu a atenção de cientistas de todo o mundo e foi estudado extensivamente. Embora partilhe algumas características com as explosões de supernova, diferia em aspetos importantes, particularmente o seu brilho inicial invulgar e na rapidez com que aumentou e diminui de brilho em apenas alguns dias.

Entretanto, duas explosões adicionais – uma em 2016 e outra em 2018 – também mostraram características invulgares e foram observadas e analisadas. As duas novas explosões têm o nome CSS161010 (abreviação de CRTS CSS161010 J045834-081803), numa galáxia situada a aproximadamente 500 milhões de anos-luz da Terra, e ZTF18abvkwla (“O Coala”), numa galáxia a cerca de 3,4 mil milhões de anos-luz de distância. Ambas foram descobertas por levantamentos automatizados do céu (CRTS – Catalina Real-time Transient Survey, ASAS-SN – All-Sky Automated Survey for Supernovae e ZTF – Zwicky Transient Facility) usando telescópios óticos para varrer grandes áreas do céu noturno.

Duas equipas de astrónomos acompanharam estas descobertas observando os objetos com o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation).

As duas equipas também usaram o GMRT (Giant Metrewave Radio Telescope) na Índia e a equipa que estudava CSS161010 usou o Observatório de raios-X Chandra da NASA. Ambos os objetos surpreenderam os observadores.

Anna Ho, do Caltech, autora principal do estudo sobre ZTF18abvkwla, notou imediatamente que a emissão de rádio do objeto era tão brilhante quanto a de uma explosão de raios-gama. “Quando reduzi os dados, pensei que tinha cometido um erro,” disse.

Deanne Coppejans, da Northwestern University, liderou o estudo sobre CSS161010, que descobriu que o objeto havia lançado uma quantidade “inesperada” de material para o espaço interestelar a mais de metade da velocidade da luz. A sua coautora Raffaella Margutti, da mesma universidade, disse: “Demorámos quase dois anos para descobrir o que estávamos a ver, porque era tão invulgar.”

Em ambos os casos, as observações de acompanhamento indicaram que os objetos partilhavam características em comum com AT2018cow. Os cientistas concluíram que estes eventos, chamados FBOTs (Fast Blue Optical Transients), representam, juntamente com AT2018cow, um tipo de explosão estelar significativamente diferente das outras.

Os cientistas relataram as suas descobertas em artigos publicados na revista The Astrophysical Journal Letters e na revista The Astrophysical Journal.

As FBOTs provavelmente começam, dizem os astrónomos, da mesma forma que certas supernovas e GRBs – quando uma estrela muito mais massiva do que o Sol explode no final da sua vida “normal” alimentada a fusão atómica.

As diferenças aparecem após a explosão inicial.

Na supernova “comum” deste tipo, chamada supernova de colapso do núcleo, a explosão envia uma onda de choque para o espaço interestelar. Se, além disso, um disco giratório de material se formar brevemente em torno da estrela de neutrões ou buraco negro formados após a explosão e impulsionar jatos estreitos de material quase à velocidade da luz em direções opostas, estes jatos podem produzir feixes estreitos de raios-gama, despoletando uma GRB.

O disco giratório, chamado disco de acreção, e os jatos que produz, são chamados de “motor” pelos astrónomos. Os astrónomos concluíram que as FBOTs também têm esse mecanismo de motor. No seu caso, ao contrário das explosões de raios-gama, está envolto por material espesso. Esse material provavelmente foi derramado pela estrela pouco antes de explodir e pode ter sido retirado de lá por uma companheira binária.

Quando o material espesso próximo da estrela é atingido pela onda de choque da explosão, faz com que o surto de luz, visível logo após a explosão que inicialmente produziu estes objetos, pareça tão invulgar. Esta explosão brilhante também é o motivo pelo qual os astrónomos chamam a estas explosões FBOTs (Fast Blue Optical Transients). Esta é uma das características que as distinguiu das supernovas mais comuns.

À medida que a onda de choque da explosão colide com o material em torno da estrela, enquanto viaja para longe, produz emissão de rádio. Esta emissão muito brilhante foi a pista importante que provou que a explosão foi desencadeada por um motor.

O invólucro de material denso “significa que a estrela progenitora é diferente daquelas que levam a explosões de raios-gama,” disse Ho. Os astrónomos realçam que, na “Vaca” e em CSS161010, o material denso incluía hidrogénio, algo nunca visto nas explosões de raios-gama.

Usando o Observatório W. M. Keck, os astrónomos descobriram que CSS 161010 e ZTF18abvkwla, tal como “A Vaca”, estão situadas em pequenas galáxias anãs. Coppejans disse que as propriedades das galáxias anãs “podem permitir alguns caminhos evolutivos muito raros das estrelas”, que levam a estas explosões distintas.

Embora um elemento comum das FBOTs seja o facto de todas as três terem um “motor central”, os astrónomos alertam que o motor também pode ser o resultado de estrelas serem destruídas por buracos negros, embora considerem as explosões do tipo supernova o candidato mais provável.

“Mais observações das FBOTs e dos seus ambientes podem responder a esta pergunta,” disse Margutti. Para tal, os cientistas dizem que vão precisar de usar telescópios que cobrem uma ampla gama de comprimentos de onda, como fizeram com os três primeiros objetos. “Embora as FBOTs se tenham mostrado mais raras e mais difíceis de encontrar do que alguns de nós esperávamos, na banda do rádio são também muito mais luminosas do que imaginávamos, permitindo-nos obter dados compreensivos mesmo de eventos muito distantes,” disse Daniel Perley, da Universidade John Moores em Liverpool.

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