Explosão estelar brilhante pode indicar o nascimento de um buraco negro ou de uma estrela de neutrões

 

Explosão estelar brilhante pode indicar o nascimento de um buraco negro ou de uma estrela de neutrões

Em junho de 2018, vários telescópios em todo o mundo captaram um flash azul brilhante no braço espiral de uma galáxia a 200 milhões de anos-luz de distância. Inicialmente, a poderosa explosão parecia ser uma supernova, embora fosse muito mais rápida e brilhante do que qualquer outra explosão estelar já observada. O sinal, que recebeu a designação AT2018cow, ficou desde então conhecido como “the Cow” (a vaca) “, e os astrónomos catalogaram-no como um transiente óptico azul rápido, ou FBOT (fast blue optical transiente) – um evento brilhante e de curta duração de origem desconhecida.

Mas uma equipa liderada por investigadores do MIT descobriu agora fortes evidências da fonte do sinal. Além do flash óptico brilhante, os cientistas detetaram um pulso estroboscópico de raios-X de alta energia. Investigaram centenas de milhões de pulsos de raios-X até chegarem ao sinal AT2018cow e descobriram que estes pulsos ocorreram com regularidade, a cada 4,4 milissegundos, ao longo de um período de 60 dias.

Com base na frequência dos pulsos, a equipa calculou que os raios-X deviam ter origem num objeto com aproximadamente 1000 quilómetros de largura e uma massa inferior a 800 sóis. Segundo os padrões astrofísicos, tal objeto seria considerado compacto, como um pequeno buraco negro ou uma estrela de neutrões.

As descobertas, publicadas na revista Nature Astronomy, sugerem que AT2018cow foi provavelmente o produto de uma estrela moribunda que, ao colapsar, deu origem a um objeto compacto na forma de um buraco negro ou de uma estrela de neutrões. O objeto recém-nascido continuou a devorar o material circundante, consumindo a estrela por dentro – um processo que libertou uma enorme explosão de energia.

“Provavelmente descobrimos o nascimento de um objeto compacto numa supernova”, disse Dheeraj “DJ” Pasham, investigador do Instituto Kavli de Astrofísica e Investigação Espacial do MIT, principal autor do artigo. “Isto acontece em supernovas normais, mas não o tínhamos visto anteriormente porque é um processo muito confuso. Achamos que esta nova prova abre a possibilidade de descobrirmos buracos negros ou estrelas de neutrões recém-nascidos.”

 

O núcleo de AT2018cow

AT2018cow é um dos muitos “transientes astronómicos” descobertos em 2018. O sufixo “cow” (vaca) no seu nome é uma coincidência casual do processo de nomenclatura astronómica (por exemplo, “aaa” refere-se ao primeiro transiente astronómico descoberto em 2018). O sinal faz parte do conjunto de algumas dezenas de FBOTs conhecidos e é um dos poucos que foram observados em tempo real. O seu flash poderoso – cerca de 100 vezes mais brilhante do que uma supernova típica – foi detetado através de uma pesquisa realizada no Havai, que imediatamente enviou alertas para os observatórios de todo o mundo.

“Foi empolgante porque começaram a acumular-se muitos dados”, notou Pasham. “A quantidade de energia era muito superior à de uma supernova de colapso do núcleo típica. E a questão era: o que poderia gerar esta fonte adicional de energia?”

Os astrónomos propuseram vários cenários para explicar o sinal tão brilhante. Poderia ter sido produto de um buraco negro nascido numa supernova, ou então o resultado de um buraco negro de peso médio a arrancar material a uma estrela. No entanto, os dados recolhidos por telescópios ópticos não resolveram de forma definitiva a fonte do sinal. Pasham questionou-se então se poderia ser encontrada uma resposta nos dados de raios-X.

“Este sinal era também brilhante em raios-X, que foi o que chamou a minha atenção”, disse Pasham. “A primeira coisa que me veio à mente foi que estava a acontecer algum fenómeno deveras energético para gerar os raios-X. Quis então testar a ideia da existência de um buraco negro ou de um objeto compacto no centro de AT2018cow.”

 

A descoberta dos pulsos

A equipa analisou os dados de raios-X recolhidos pelo NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) da NASA, um telescópio de raios-X a bordo da Estação Espacial Internacional. O NICER começou a observar AT2018cow cerca de cinco dias após a sua deteção por telescópios ópticos, monitorizando o sinal ao longo dos 60 dias seguintes. Estes dados foram registados num arquivo disponível publicamente.

Nos dados, a equipa tentou identificar sinais de raios-X emitidos nas proximidades de AT2018cow, certificando-se de que tais emissões não provinham de outras fontes, como ruído de instrumentos ou fenómenos cósmicos de fundo. Focaram-se nos raios-X e descobriram que AT2018cow parecia estar a emitir rajadas com uma frequência de 225 hertz, ou seja, uma vez a cada 4,4 milissegundos.

Pasham aproveitou este pulsar, reconhecendo que a sua frequência poderia ser usada para calcular diretamente o tamanho do objeto pulsante. Neste caso, o tamanho do objeto não podia ser maior que a distância que a velocidade da luz pode alcançar em 4,4 milissegundos. Seguindo este raciocínio, calculou que o tamanho do objeto seria de aproximadamente 1,3X10⁸ centímetros, ou cerca de 1000 quilómetros de largura.

“A única coisa que pode ser tão pequena é um objeto compacto – uma estrela de neutrões ou um buraco negro”, disse Pasham.

Com base na energia emitida, a equipa calculou ainda que AT2018cow não deve ter mais que 800 massas solares.

“Isso exclui a ideia de que o sinal possa ser proveniente de um buraco negro intermédio”, disse Pasham.

Além de localizar, em particular, a fonte deste sinal, o estudo demonstra que a análise de raios-X de FBOTs e de outros fenómenos extremamente brilhantes pode ser uma nova ferramenta para estudar buracos negros recém-nascidos.

 

Fonte da notícia: MIT

Tradução: Teresa Direitinho

 

Super-bright stellar explosion is likely a dying star giving birth to a black hole or neutron star

In June of 2018, telescopes around the world picked up a brilliant blue flash from the spiral arm of a galaxy 200 million light years away. The powerful burst appeared at first to be a supernova, though it was much faster and far brighter than any stellar explosion scientists had yet seen. The signal, procedurally labeled AT2018cow, has since been dubbed simply “the Cow,” and astronomers have catalogued it as a fast blue optical transient, or FBOT — a bright, short-lived event of unknown origin.

Now an MIT-led team has found strong evidence for the signal’s source. In addition to a bright optical flash, the scientists detected a strobe-like pulse of high-energy X-rays. They traced hundreds of millions of such X-ray pulses back to the Cow, and found the pulses occurred like clockwork, every 4.4 milliseconds, over a span of 60 days. […] Read the original article at MIT.