Uma equipe internacional de cientistas, liderada por astrofísicos da Universidade de Bath, no Reino Unido, mediu o campo magnético em uma distante explosão de raios gama, confirmando pela primeira vez uma previsão teórica de décadas.

Impressão de uma saída de GRB mostrando a fase imediata (flash de raios gama), choque reverso e choque direto. Crédito: Nuria Jordana-Mitjans

Veja também:

• Primeira evidência de moléculas de membrana celular no espaço
• Estrelas pobres em metal revelam a origem do ouro
• Os eclipses solares ajudaram a despertar a curiosidade humana?
• 'Arco gigante' estendendo-se por 3,3 bilhões de anos-luz em todo o cosmos não deveria existir

Que o campo magnético destas ondas de explosão tornam-se embaralhadas após o material ejetado colidir e chocar com o meio circundante.

Os buracos negros são formados quando estrelas massivas (pelo menos 40 vezes maiores que o nosso Sol) morrem em uma explosão catastrófica que alimenta uma onda de choque. Esses eventos extremamente energéticos expulsam o material a velocidades próximas à velocidade da luz e fornecem flashes brilhantes de raios gama de curta duração que podem ser detectados por satélites orbitando a Terra, daí seu nome, Gamma-Ray Bursts (GRBs).

Os campos magnéticos podem ser inseridos no material ejetado e, conforme o buraco negro giratório se forma, esses campos magnéticos se torcem em formas espiraladas que parecem focalizar e acelerar o material ejetado.

Os campos magnéticos não podem ser vistos diretamente, mas sua assinatura é codificada na luz produzida por partículas carregadas (elétrons) que zunem em torno das linhas do campo magnético. Os telescópios ligados à Terra captam essa luz, que viaja por milhões de anos pelo Universo.

A chefe de Astrofísica em Bath e especialista em raios gama, Professora Carole Mundell, disse: "Medimos uma propriedade especial da luz, polarização, para sondar diretamente as propriedades físicas do campo magnético que alimenta a explosão. Este é um ótimo resultado e resolve um quebra-cabeça de longa data dessas explosões cósmicas extremas, um quebra-cabeça que venho estudando há muito tempo."

Capturando a luz inicial

O desafio é capturar a luz o mais rápido possível após uma explosão e decodificar a física da explosão, prevendo-se que quaisquer campos magnéticos primordiais serão destruídos quando a frente de choque em expansão colidir com os detritos estelares circundantes.

Este modelo prevê luz com altos níveis de polarização (>10%) logo após a explosão, quando o campo primordial de grande escala ainda está intacto e conduzindo o fluxo de saída. Mais tarde, a luz deve ser quase totalmente não polarizada, pois o campo é embaralhado na colisão.

A equipe de Mundell foi a primeira a descobrir a luz altamente polarizada minutos após a explosão que confirmou a presença de campos primordiais com estrutura em grande escala. Mas o cenário para a expansão dos choques para a frente se mostrou mais controverso.

As equipes que observaram os GRBs em um tempo mais lento, horas a um dia após uma explosão, encontraram baixa polarização e concluíram que os campos já haviam sido destruídos, mas não sabiam dizer quando ou como. Em contraste, uma equipe de astrônomos japoneses anunciou uma detecção intrigante de 10% de luz polarizada em um GRB, que eles interpretaram como um choque polarizado com campos magnéticos ordenados de longa duração.

A autora principal do novo estudo, Bath e Ph.D. A estudante Nuria Jordana-Mitjans, disse: "Essas raras observações eram difíceis de comparar, pois sondavam escalas de tempo e físicas muito diferentes. Não havia maneiras de reconciliá-las no modelo padrão."

O mistério permaneceu sem solução por mais de uma década, até a análise da equipe de Bath do GRB 141220A.

No novo artigo, publicado hoje nos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society, a equipe do Professor Mundell relata a descoberta de polarização muito baixa na luz de choque frontal detectada apenas 90 segundos após a explosão do GRB 141220A. As observações super rápidas foram possíveis graças ao software inteligente da equipe no telescópio robótico em Liverpool totalmente autônomo e ao novo polarímetro RINGO3 - o instrumento que registrou a cor, brilho, polarização e taxa de desbotamento do GRB. Juntando esses dados, a equipe conseguiu provar que:

• A luz originou-se no choque dianteiro.
• As escalas de comprimento do campo magnético eram muito menores do que a equipe japonesa deduziu.
• A explosão provavelmente foi impulsionada pelo colapso de campos magnéticos ordenados nos primeiros momentos da formação de um novo buraco negro.
• A misteriosa detecção de polarização pela equipe japonesa pode ser explicada por uma contribuição da luz polarizada do campo magnético primordial antes de ser destruído no choque.

A Sra. Jordana-Mitjans disse: "Este novo estudo baseia-se em nossa pesquisa que mostrou que os GRBs mais poderosos podem ser alimentados por campos magnéticos ordenados em grande escala, mas apenas os telescópios mais rápidos terão um vislumbre de seu sinal de polarização característico antes de serem perdidos para a explosão."

A professora Mundell acrescentou: "Agora precisamos expandir as fronteiras da tecnologia para sondar os primeiros momentos dessas explosões, capturar números estatisticamente significativos de explosões para estudos de polarização e colocar nossa pesquisa em um contexto mais amplo de acompanhamento em tempo real de multimensageiros do universo extremo."

Mais informações:

N Jordana-Mitjans et al, Coherence scale of magnetic fields generated in early-time forward shocks of GRBs, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2021). DOI: 10.1093/mnras/stab1003

Junte-se aos nossos Canais Espaciais para continuar falando sobre o espaço nas últimas missões, céu noturno e muito mais! Siga-nos no facebook e no twitter. E se você tiver uma dica, correção ou comentário, informe-nos aqui ou pelo e-mail: gaiaciencia@gaiaciencia.com.br

Referência:

Space scientists solve a decades-long gamma-ray burst puzzle. Phys Org, 16, jun. 2021. University of Bath. Disponível em: <https://phys.org/news/2021-06-space-scientists-decades-long-gamma-ray-puzzle.html>. Acesso em: 16, jun. 2021.