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Observações de rádio confirmam jato veloz de material de fusão de estrelas de nêutrons


Rescaldo da fusão de duas estrelas de nêutrons. Material ejetado da explosão original formou uma concha em redor do buraco negro formado a partir da colisão. Um jato de material expelido de um disco em redor do buraco negro interagiu em primeiro lugar com o material ejetado para formar um "casulo" amplo. Mais tarde, o jato conseguiu atravessar o casulo para emergir para o espaço interestelar, onde o seu movimento extremamente rápido se tornou aparente.
Crédito: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Medições precisas usando uma coleção continental de radiotelescópios da NSF (National Science Foundation) 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 neutrões se fundiram numa 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 detetado 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 a mudar 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 explosões 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 VLBA (Very Long Baseline Array) da NSF, do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e do GBT (Robert C. Byrd Green Bank Telescope) 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 a 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 aproxima-se da velocidade da luz," comenta Kunal Mooly, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e do Caltech.

Os astrônomos observaram o objeto 75 dias após a fusão e novamente 230 dias depois.

"Com base na nossa análise, este 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 as 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 num buraco negro cuja poderosa gravidade começou a puxar o material na sua direção. Esse material formou um disco com rotação rápida, que por sua vez gerou um par de jatos que se movem para fora dos seus polos.

À medida que o evento se desenrolava, a questão alterou-se 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. Esse casulo expande-se mais lentamente do que um jato.

"A nossa interpretação é que o casulo dominou a emissão 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 este evento, porque se o jato tivesse sido apontado para muito mais longe da [perspetiva da] Terra, a emissão rádio teria sido demasiado fraca para a detetarmos," 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. Acrescentaram também que é necessário que os jatos apontem para relativamente perto da Terra para que a explosão de raios-gama seja detectada.

"O nosso estudo demonstra 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 espetro eletromagnético estão a proporcionar uma visão fascinante sobre elas, ajudando-nos a entender como funcionam."

Mooley e colegas relataram as suas descobertas na versão online da revista Nature de dia 5 de setembro.


À medida que o jato do evento de fusão das estrelas de nêutrons emergia para o espaço, as imagens rádio simuladas nesta impressão de artista ilustram o seu movimento extremamente rápido. Nos 155 dias entre as duas observações, o jato aparentemente moveu-se dois anos-luz, uma distância que exigiria viajar quatro vezes mais depressa que a luz. Este "movimento superluminal" é uma ilusão criada quando jato é apontado quase na direção da Terra e na realidade move-se a mais de 97% da velocidade da luz (não à escala).
Crédito: D. Berry, O. Gottlieb, K. Mooley, G. Hallinan, NRAO/AUI/NSF

http://www.swinburne.edu.au/news/latest-news/2018/09/neutron-star-merger-launched-superfast-jet-of-materials.php

FONTE: ASTRONOMIA ONLINE

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