Em 1967, os cientistas da NASA notaram algo que nunca haviam visto antes, vindo do espaço profundo. No que ficou conhecido como o "Incidente de Vela", vários satélites registraram uma Explosão de Raios Gama (GRB) que era tão brilhante que superou brevemente a galáxia inteira. Dado o seu poder impressionante e a natureza de curta duração, os astrônomos estão ansiosos para determinar como e por que essas explosões ocorrem.
Décadas de observação levaram à conclusão de que essas explosões ocorrem quando uma estrela massiva se torna supernova, mas os astrônomos ainda não sabiam por que isso aconteceu em alguns casos e não em outros. Graças a novas pesquisas de uma equipe da Universidade de Warwick, parece que a chave para a produção de GRBs está nos sistemas binários de estrelas - ou seja, uma estrela precisa de um companheiro para produzir a explosão mais brilhante do Universo.
A equipe de pesquisa responsável pela descoberta foi liderada por Ashley Chrimes - Ph.D. aluno do Departamento de Física da Universidade de Warwick. Para o estudo, a equipe abordou o mistério central sobre GRBs de longa duração, que é como as estrelas podem ser produzidas com rapidez suficiente para gerar o tipo de explosão que foi observada.
Para resumir, os GRBs ocorrem quando estrelas massivas (cerca de dez vezes o tamanho do nosso Sol) passam pela supernova e colapsam em uma estrela de nêutrons ou buraco negro. No processo, as camadas externas da estrela são arrancadas e o material ejetado é achatado em um disco ao redor do remanescente recém-formado para conservar o momento angular. Quando esse material cai para dentro, esse momento o lança na forma de jatos que emanam dos pólos.
Estes são conhecidos como "jatos relativísticos" devido à maneira como o material é acelerado para diminuir a velocidade da luz. Embora os GRBs sejam os eventos mais brilhantes do Universo, eles só são observáveis na Terra quando um de seus eixos polares é apontado diretamente para nós - o que significa que os astrônomos podem ver apenas de 10 a 20% deles. Eles também são muito breves quanto aos fenômenos astronômicos, durando de uma fração de segundo a vários minutos.
Além disso, uma estrela precisa girar extremamente rápido para lançar o material ao longo de seus eixos polares próximo à velocidade da luz. Isso representa um enigma para os astrônomos, já que as estrelas geralmente perdem qualquer rotação que adquirem muito rapidamente. Para resolver essas questões não resolvidas, a equipe contou com uma coleção de modelos de evolução estelar para examinar o comportamento de estrelas massivas à medida que elas desmoronam.
Esses modelos foram criados pelo Dr. Jan J. Eldridge, da Universidade de Auckland, Nova Zelândia, com a assistência de pesquisadores da Universidade de Warwick. Combinados com uma técnica conhecida como síntese binária de populações, os cientistas simularam uma população de milhares de sistemas estelares para identificar o mecanismo pelo qual as raras explosões que produzem GRBs podem ocorrer.
A partir disso, os pesquisadores foram capazes de restringir os fatores que causam a formação de jatos relativísticos a partir de algumas estrelas em colapso. Eles descobriram que os efeitos das marés, semelhantes ao que ocorre entre a Terra e a Lua, eram a única explicação provável. Em outras palavras, GRBs de longa duração ocorrem em sistemas binários de estrelas, onde as estrelas são bloqueadas juntas, criando um poderoso efeito de maré que acelera sua rotação.
Como Chrimes explicou em um recente comunicado de imprensa da Warwick:
"Estamos prevendo que tipo de estrelas ou sistemas produzem explosões de raios gama, que são as maiores explosões do Universo. Até agora, não ficou claro que tipo de estrela ou sistema binário você precisa para produzir esse resultado.
“A questão é como uma estrela começa a girar ou mantém sua rotação ao longo do tempo. Descobrimos que o efeito das marés de uma estrela em seu parceiro está impedindo que elas diminuam a velocidade e, em alguns casos, está aumentando sua velocidade. Eles estão roubando energia rotacional de seus companheiros, uma consequência da qual eles se afastam.
“O que determinamos é que a maioria das estrelas está girando rapidamente, precisamente porque elas estão em um sistema binário ".
Como apontou a Dra. Elizabeth Stanway - pesquisadora do Departamento de Física da Universidade de Warwick e coautora do estudo -, a evolução binária não é novidade para os astrônomos. No entanto, os tipos de cálculos realizados por Chrimes e seus colegas nunca foram feitos antes por causa dos cálculos complicados envolvidos. Portanto, este estudo é o primeiro a considerar os mecanismos físicos em funcionamento nos modelos binários.
"Também houve um grande dilema sobre a metalicidade das estrelas que produzem explosões de raios gama", disse ela. “Como astrônomos, medimos a composição das estrelas e o caminho dominante para as explosões de raios gama requer muito poucos átomos de ferro ou outros elementos pesados na atmosfera estelar. Houve um quebra-cabeça sobre por que vemos uma variedade de composições nas estrelas produzindo explosões de raios gama, e este modelo oferece uma explicação. "
Graças a este estudo mais recente e ao modelo resultante que fornece sobre a evolução binária, os astrônomos serão capazes de prever como as estrelas produtoras de GRB devem ser em termos de temperatura, luminosidade e propriedades da estrela companheira. Olhando para o futuro, Chimes e seus colegas esperam explorar e modelar fenômenos transitórios que permanecem um mistério para os astrônomos.
Isso inclui os Fast Radio Bursts (FRBs) e o que os causa (especialmente a variedade de repetição) ou eventos ainda mais raros, como a transformação de estrelas em buracos negros. O estudo que descreve a descoberta foi publicado na edição de janeiro da revista Avisos mensais da Royal Astronomical Society e foi financiado pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia da UK Research and Innovation.
