NASA
Medições precisas, usando uma coleção continental de radiotelescópios da National Science Foundation (NSF), revelaram que um jato estreito de partículas se movendo quase à velocidade da luz irrompeu no espaço interestelar depois que um par de estrelas de nêutrons se fundiram em uma galáxia a 130 milhões de anos-luz da Terra.
A fusão, cujo sinal foi captado em agosto de 2017, expulsou ondas gravitacionais pelo espaço. Foi o primeiro evento a ser detectado tanto por ondas gravitacionais como por ondas eletromagnéticas, incluindo raios gama, raios-X, luz visível e ondas de rádio.
O rescaldo da fusão, de nome GW170817, foi observado por telescópios espaciais e terrestres espalhados pelo globo. Os cientistas observaram as características das ondas recebidas mudando com o tempo e usaram essas alterações como pistas para revelar a natureza dos fenômenos que se seguiram à fusão.
Uma questão que se destacou, mesmo meses após a fusão, era se o evento havia produzido ou não um jato estreito e veloz de material que chegou ao espaço interestelar.
É uma questão importante porque esses jatos são necessários para produzir o tipo de explosão de raios gama que os teóricos dizem ser provocadas pela fusão de pares de estrelas de nêutrons.
A resposta surgiu quando os astrônomos usaram uma combinação do Very Long Baseline Array (VLBA), da NSF, do Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) e do Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) e descobriram que uma região de emissão de rádio da fusão tinha se movido e o movimento era tão rápido que apenas um jato podia explicar sua velocidade.
“Nós medimos um movimento aparente que é quatro vezes mais rápido do que a luz. Essa ilusão, chamada de movimento superluminal, resulta quando o jato é apontado quase na direção da Terra e o material no jato se aproxima da velocidade da luz”, comenta Kunal Mooly, do National Radio Astronomy Observatory (NRAO) e do Caltech.
Os astrônomos observaram o objeto 75 dias após a fusão e novamente 230 dias depois.
“Com base na nossa análise, esse jato é provavelmente muito estreito, no máximo com 5 graus de largura, e foi apontado a apenas 20 graus da direção da Terra”, salienta Adam Deller, da Universidade de Tecnologia de Swinburne e anteriormente do NRAO. “Mas, para coincidir com nossas observações, o material no jato tem que ter sido expelido a mais de 97% da velocidade da luz”, acrescentou.
O cenário que surgiu é que a fusão inicial das duas estrelas de nêutrons superdensas provocou uma explosão que impulsionou uma “concha” esférica de detritos para fora.
As estrelas de nêutrons colapsaram em um buraco negro cuja gravidade poderosa começou a puxar o material na sua direção. Esse material formou um disco de rotação rápida, que por sua vez gerou um par de jatos que se movem para fora dos polos.
À medida que o evento se desenrolava, a questão se alterou para determinar se os jatos irromperiam da “concha” de detritos da explosão original. Os dados das observações indicaram que um jato tinha interagido com os detritos, formando um “casulo” amplo de material que se expandia para fora. O casulo se expande mais lentamente que um jato.
“Nossa interpretação é que o casulo dominou a emissão de rádio até cerca de 60 dias após a fusão, e que depois o jato é que dominou a emissão”, comenta Ore Gottlieb, da Universidade de Tel Aviv, um dos principais teóricos do estudo.
“Tivemos a sorte de poder observar esse evento, porque se o jato tivesse sido apontado para muito mais longe da [perspectiva da] Terra, a emissão de rádio teria sido muito fraca para a detectarmos”, observa Gregg Hallinan do Caltech.
Os cientistas afirmaram que a detecção de um jato veloz em GW170817 fortalece bastante a ligação entre as fusões de estrelas de nêutrons e as explosões de raios gama de curta duração. Eles acrescentaram também que é necessário os jatos apontarem para relativamente perto da Terra para que a explosão de raios gama seja detectada.
“Nosso estudo mostra que a combinação de observações do VLBA, do VLA e do GBT é um método poderoso de estudar os jatos e a física associada com os eventos de ondas gravitacionais”, realça Mooley.
“O evento de fusão foi importante por várias razões, e continua a surpreender os astrônomos com mais informações”, observa Joe Pesce, diretor do programa da NSF para o NRAO.
“Os jatos são fenômenos enigmáticos vistos em vários ambientes, e agora estas observações extraordinárias na faixa de rádio do espectro eletromagnético proporcionam uma visão fascinante sobre elas, ajudando-nos a entender como funcionam.”
Mooley e seus colegas relataram as descobertas na Nature, no dia 5 de setembro.
