Enquanto os dinossauros invadiram a Terra antiga há mais de 200 milhões de anos, uma estrela massiva entrava em sua agonia. A explosão cósmica resultante foi tão incomum que deixou os astrônomos coçando as cabeças quando seu brilho finalmente chegou ao nosso planeta em junho passado.
Agora, o misterioso flash pode ter uma história de origem. Com base nas últimas observações da estranha supernova, apelidada de Vaca, uma equipe de 45 astrônomos argumenta que ela pode representar a primeira vez em que humanos capturaram o momento exato em que uma estrela agonizante deu à luz um buraco negro .
BURACOS NEGROS 101
"Este é o alvo que esperávamos há anos", diz o líder da equipe Raffaella Margutti , astrofísico da Universidade Northwestern. Margutti e seus colegas apresentaram seu trabalho esta semana na reunião anual da American Astronomical Society em Seattle, Washington, e em breve publicarão suas descobertas no Astrophysical Journal .
Os dados da equipe, capturados em múltiplos comprimentos de onda de luz, também poderiam significar que uma estrela massiva colapsou em uma estrela de nêutrons, um tipo de cadáver estelar denso. E outras equipes que estudam a vaca propuseram explicações alternativas para seu comportamento incomum. Então, o que sabemos sobre a vaca, e por que tem sido tão difícil para os astrônomos descreverem? Estamos protegendo você.
Onde está a vaca e por que se chama isso?
A vaca explodiu nos arredores de CGCG 137-068, uma galáxia espiral anã a cerca de 200 milhões de anos-luz da Terra. Chama-se "a vaca" por causa de seu nome formal, gerado automaticamente, AT2018cow. Uma equipe de astrônomos usando os telescópios ATLAS do Havaí o viu em 16 de junho de 2018 e sinalizou o objeto para outros astrônomos em 17 de junho -desencadeando uma onda de telescópios girando para apontar a explosão.
Em 17 de agosto de 2018, o instrumento DEIMOS no Observatório WM Keck capturou esta imagem da AT2018cow e sua galáxia hospedeira.
FOTOGRAFIA POR R. MARGUTTI / WMKECK OBSERVATORYO que faz a vaca tão incomum?
The Cow não é o primeiro flash de seu tipo visto no céu noturno, mas é o mais próximo já detectado, dando aos pesquisadores uma chance sem precedentes de ver um em detalhes. Também ficou muito brilhante, muito rápido. No pico da vaca, era dezenas de vezes mais luminoso em raios-x do que explosões estelares normais, que são chamadas de supernovas. A vaca atingiu seu brilho máximo em apenas alguns dias, enquanto leva semanas supernovas regulares para aumentar completamente.
Além do mais, a fonte de energia da vaca não era imediatamente óbvia.Normalmente, as supernovas obtêm seu poder explosivo do níquel-56, um isótopo radioativo recheado em suas entranhas. Mas quando os astrônomos calcularam quantos destroços a Vaca tinha jogado fora, eles chegaram a uma quantidade surpreendentemente baixa de detritos ejetados totais - talvez um décimo da massa do nosso sol, se é que. Isso é estranho, porque as supernovas normalmente expelem dezenas de sóis de detritos.
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Mesmo que os destroços da vaca fossem inteiramente de níquel-56, isso não seria combustível suficiente para alimentar a explosão observada. Além disso, os destroços continham hidrogênio e hélio, que os astrônomos não esperavam encontrar: as estrelas que explodem em supernovas devem ter queimado muito tempo esses elementos como combustível nuclear.
A vaca também emitia radiação de maneiras incomuns. Por exemplo, a equipe de Margutti pediu para apontar o telescópio de raio-x NuSTAR da NASA para o objeto. Os dados mostraram que pouco mais de uma semana depois da sua aparição, a vaca inesperadamente cresceu muito mais em radiografias de alta energia. "A primeira reação quando recebemos os dados foi que talvez tenhamos feito algo errado", diz Margutti.
Sabemos o que causou a vaca?
O consenso atual é que um “motor central” compacto fica no centro da Vaca e expele os raios X de alta energia. Esse objeto, seja ele qual for, está envolto em uma bolha nitidamente assimétrica de material lançada em algum tipo de explosão.
“Uma das piadas é que nós [físicos] sempre modelamos as coisas como vacas esféricas , e ficou claro que se tratava de uma vaca asférica”, diz o co-autor do estudo, Brian Metzger , físico da Universidade de Columbia. "É realmente difícil explicar isso como um evento esférico, porque se a fonte de raios-x está alimentando a radiação óptica, então como os raios-x estão saindo para nós?"
Uma das piadas é que nós [os físicos] sempre modelamos as coisas como vacas esféricas, e ficou claro que se tratava de uma vaca asférica.
No modelo feito pela equipe de Margutti, os destroços que voam dos pólos do objeto se movem mais rápido - e ficam transparentes mais cedo - do que as nuvens ao redor do equador do objeto. Essas nuvens equatoriais absorveram os raios X de alta energia do motor, que aqueceram as nuvens e geraram a luz visível da vaca. Mas algumas das radiografias de alta energia ainda poderiam vazar dos pólos mais claros da Vaca.
Enquanto isso, os sinais de rádio da vaca mostram que ela se comportou como um touro em uma loja de porcelana nebulosa. Quando a Vaca explodiu, alguns dos destroços do objeto aumentaram mais de 18.000 milhas por segundo, ou até um décimo da velocidade da luz. O mais rápido deste material parece ter se chocado com uma névoa densa de partículas que cercam a Vaca, aquecendo a névoa e criando as emissões de rádio do objeto.
Então, qual é o motor central da vaca?
A equipe de Margutti acha que há duas opções principais. A vaca poderia ser uma estrela de nêutrons altamente magnetizada girando cerca de mil vezes por segundo. A outra possibilidade é que o objeto apareceu quando um tipo enorme e muito quente de estrela chamada supergigante azul teve uma explosão mal-sucedida e se tornou um buraco negro.
Nesse cenário, a maior parte do interior da estrela entrou em colapso para formar o buraco negro, mas as camadas mais externas da estrela não a sentiram a princípio. Quando o buraco negro interno acelerou, ele perdeu alguma massa na forma de um enxame de partículas fantasmas chamadas neutrinos. O vôo dos neutrinos para fora do centro da estrela ejetou um pouco do material externo antes que o buraco negro pudesse engolir, e as sobras logo se transformaram em um disco ao redor do buraco negro recém-nascido.
Existem outras ideias para o que a vaca pode ser?
Margutti e seus colegas não são os únicos propondo que a vaca tenha um motor central. Em outro estudo aceito no Astrophysical Journal , uma equipe separada, liderada pela astrônoma Anna YQ Ho, do Caltech, chega a conclusões semelhantes.
Mas Daniel Perley , um astrofísico da Universidade John Moores, em Liverpool, sugere em seu próprio estudo que a vaca pode ter aparecido quando um buraco negro já existente e relativamente massivo comeu uma estrela semelhante ao nosso sol, em um evento conhecido como ruptura das marés.Como a imensa gravidade do buraco negro rasgou a estrela, seus gases poderiam ter se acumulado ao redor do buraco negro em um disco, criando o brilho incomum da Vaca no processo.
A questão é se faz sentido que um buraco negro desse tamanho esteja pendurado nos arredores de uma galáxia, em uma área que deveria estar cheia de gás, de acordo com os sinais de rádio da Cow. A teoria atual sustenta que os buracos negros desse calibre devem se formar em aglomerados de estrelas, onde não há muito gás extra.
Margutti argumenta que o ambiente da vaca faz muito mais sentido se a neblina em torno dele fosse material jogado por uma enorme estrela, que poderia colapsar em uma estrela de nêutrons ou buraco negro. Mas Perley ressalta que ainda não encontramos e estudamos nenhum buraco negro na faixa de massa que sua equipe invoca, então não podemos ter certeza de que a teoria corresponde à realidade.
"A equipe de [Margutti] é composta por alguns especialistas em supernovas de primeira linha, mas eu gostaria de ver os especialistas em rupturas de maré pesarem, para ver se eles podem encontrar uma maneira de fazer isso funcionar", diz Perley.
Qual é o próximo?
Observações de longo prazo da vaca poderiam ajudar a identificar a identidade de seu mecanismo central. Se uma estrela de nêutrons magnetizada está no coração da vaca, diz Metzger, ela pode enviar explosões de raio-x daqui a alguns anos. Um buraco negro, no entanto, não cintilaria dessa maneira.
Mas a maneira mais frutífera de aprender mais sobre a Vaca é encontrar mais objetos como esta. Os astrônomos só recentemente conseguiram detectar esses flashes de luz e acompanhá-los em tempo real, à medida que mais telescópios robóticos e pesquisas em grande escala se tornaram on-line.
"Essas pesquisas do céu noturno estão quase levando filmes ... É um momento emocionante", diz Metzger. "Não estamos vendo apenas o universo como uma coisa estática, mas algo que pode ser todo ativo, mesmo em escalas de tempo de alguns dias."
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