As maiores explosões no Universo são despoletadas pelos ímanes mais potentes

Observações obtidas nos Observatórios de La Silla e Paranal no Chile demonstraram pela primeira vez que existe uma ligação entre uma explosão de raios gama de longa duração e uma explosão de supernova invulgarmente brilhante.

Os resultados mostram que a supernova não teve origem em decaimento radioactivo, como se esperava, mas sim em campos magnéticos muito fortes a decair em torno de um objecto exótico conhecido por estrela magnética. Os resultados foram publicados no dia 9 de Julho na revista Nature.

As explosões de raios gama constituem um dos eventos associados às maiores explosões que ocorreram desde o Big Bang. São detectadas por telescópios em órbita sensíveis a este tipo de radiação altamente energética, a qual não consegue penetrar a atmosfera terrestre, e são igualmente observadas a maiores comprimentos de onda por outros telescópios, situados tanto no espaço como no solo.

As explosões de raios gama duram tipicamente alguns segundos, mas em casos muito raros podem prolongar-se durante horas. Uma destas explosões de longa duração foi captada pelo satélite Swift a 9 de Dezembro de 2011 e baptizada com o nome de GRB 111209A. Foi simultaneamente uma das mais longas e mais brilhantes explosões de raios gama alguma vez observada.

À medida que o brilho remanescente da explosão ia desaparecendo, o evento foi estudado pelo instrumento GROND montado no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros em La Silla e pelo instrumento X-shooter no Very Large Telescope (VLT) no Paranal.

Foi encontrada uma assinatura clara de uma supernova, chamada mais tarde SN 2011kl. Esta é a primeira vez que uma supernova é descoberta associada a uma explosão de raios gama de muito longa duração.

O autor principal do novo artigo científico que descreve estes resultados, Jochen Greiner do Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha, explica: “Uma vez que apenas uma explosão de raios gama de longa duração é produzida para cada 10 mil - 100 mil supernovas, a estrela que explodiu deve ser de algum modo muito especial. Os astrónomos pensavam que estas explosões de raios gama tinham origem em estrelas muito massivas — cerca de 50 vezes a massa do Sol — e que assinalavam a formação de um buraco negro. No entanto, as nossas novas observações da supernova SN 2011kl, descoberta após a GRB 111209A, estão a modificar este paradigma relativamente às explosões de raios gama de muito longa duração.”

Num cenário favorável do colapso de uma estrela massiva, espera-se que a intensa emissão óptica/infravermelha da supernova, com duração de cerca de uma semana, venha do decaimento do níquel-56 radioactivo formado durante a explosão.

No entanto, no caso da GRB 111209A as observações combinadas do GROND e do VLT mostraram sem ambiguidades, e pela primeira vez, que isto não era o que se passava. A única explicação que justifica as observações da supernova que segue a GRB 111209A é que esta terá tido origem numa estrela magnética— uma estrela de neutrões minúscula que gira centenas de vezes por segundo e que possui um campo magnético muito mais potente que as estrelas de neutrões normais, as quais são também conhecidas por pulsares rádio. Pensa-se que as estrelas magnéticas são os objectos mais magnetizados no Universo conhecido.

Esta é a primeira vez que uma ligação clara entre uma supernova e uma estrela magnética foi identificada.

Paolo Mazzali, co-autor do estudo, reflecte sobre o significado desta nova descoberta: “Estes resultados fornecem provas de uma relação inesperada entre explosões de raios gama, supernovas muito brilhantes e estrelas magnéticas. Já há alguns anos que suspeitávamos de algumas destas relações do ponto de vista teórico, mas conseguir ligar tudo isto é realmente um desenvolvimento muito interessante.”

“O caso da SN 2011kl/GRB 111209A obriga-nos a considerar alternativas ao cenário de uma estrela em colapso. Estes resultados aproximam-nos de ideias novas e muito mais claras sobre o funcionamento das explosões de raios gama,” conclui Jochen Greiner.

Cientistas acreditam ter descoberto como se formam as estrelas magnéticas

As estrelas magnéticas são os estranhos restos extremamente densos que resultam de explosões de supernovas. São os objectos com o campo magnético mais poderoso que se conhecem no Universo - milhões de vezes mais potentes que os mais fortes imãs na Terra.

Uma equipa de astrónomos, usando o Very Large Telescope do ESO (VLT), descobriu pela primeira vez a estrela companheira de uma estrela magnética. Esta descoberta ajuda a explicar como é que estes objectos se formam - um debate que já dura há 35 anos - e porque é que esta estrela tão particular não colapsou para formar um buraco negro, como seria de esperar.

Quando uma estrela de massa muito elevada colapsa sob o efeito da sua própria gravidade durante a explosão de uma supernova, dá origem a uma estrela de neutrões ou a um buraco negro. As estrelas magnéticas são uma forma peculiar e muito exótica de estrela de neutrões.

Tal como todos estes objectos estranhos, as estrelas magnéticas são muito pequenas e possuem campos magnéticos extremamente potentes. As superfícies destes objectos emitem enormes quantidades de raios gama quando sofrem um ajustamento súbito chamado “tremor de estrela”, resultado das enormes forças a que as suas crostas estão sujeitas.

O enxame estelar Westerlund 1, situado a 16 mil anos-luz de distância da Terra, na constelação austral do Altar, acolhe uma das duas dúzias de estrelas magnéticas conhecidas na Via Láctea. É a chamada CXOU J16470.2-455216, que muito tem intrigado os astrónomos.

“O nosso trabalho anterior mostrou que a estrela magnética no enxame Westerlund 1 deve ter nascido de uma explosão de uma estrela moribunda com cerca de 40 vezes a massa do nosso Sol, o que em si mesmo constitui um problema, já que se pensa que estrelas com estes valores de massa colapsem para dar origem a buracos negros e não a estrelas de neutrões. Na altura não percebemos como é que este objecto poderia ter originado uma estrela magnética”, diz Simon Clark, autor principal do artigo que descreve estes resultados.

Os astrónomos propuseram uma solução para este mistério, sugerindo que a estrela magnética se teria formada a partir das interacções entre duas estrelas de elevada massa que orbitariam em torno uma da outra num sistema binário tão compacto que caberia no interior da órbita da Terra em torno do Sol.

No entanto, até agora não tinha sido detectada nenhuma estrela companheira na posição da estrela magnética de Westerlund 1. Por isso, os astrónomos utilizaram o VLT para a procurarem noutras regiões deste enxame. Fizeram uma busca de estrelas fugidias - objectos que escapam do enxame com velocidades muito elevadas - que poderiam ter sido ejectadas para fora da sua órbita pela explosão da supernova que deu origem à estrela magnética.

Uma estrela, chamada Westerlund 1-5, parece corresponder aos critérios de busca dos astrónomos. “Esta estrela não só possui um movimento consistente com o facto de ter recebido um “pontapé” da supernova mas é também demasiado brilhante para ter nascido como estrela isolada. Mais ainda, possui uma composição rica em carbono altamente invulgar, impossível de obter numa estrela única - uma pista importante que nos mostra que se deve ter formado originalmente com uma companheira num binário de estrelas”, acrescenta Ben Ritchie (Open University), um dos autores do artigo.

Astrónomos reconstituem formação de estrela magnética

Esta descoberta permitiu aos astrónomos reconstruir a história da vida estelar que deu origem à formação da estrela magnética, em vez do esperado buraco negro.

Na primeira fase deste processo, a estrela de maior massa do par começa a ficar sem combustível, transferindo as suas camadas mais exteriores para a companheira de menor massa - que está destinada a tornar-se uma estrela magnética - e fazendo com que esta rode cada vez mais depressa. Esta rotação rápida parece ser o ingrediente essencial na formação do campo magnético muito intenso da estrela magnética. 

Numa segunda fase, e como resultado desta transferência de matéria, a companheira fica com tanta massa que, por sua vez, descarta uma enorme quantidade desta matéria recém adquirida. A maior parte dessa massa perde-se no espaço mas uma pequena quantidade volta à estrela original que vemos ainda hoje a brilhar, a Westerlund 1-5.

“É este processo de troca de material que conferiu à Westerlund 1-5 uma assinatura química tão invulgar e permitiu que a massa da sua companheira diminuísse para níveis suficientemente baixos, dando assim origem a uma estrela magnética em vez de um buraco negro - um jogo da “batata quente” estelar com consequências cósmicas!”, conclui o membro da equipa Francisco Najarro (Centro de Astrobiologia, Espanha).

Assim, o facto de uma estrela pertencer a um sistema binário parece ser um ingrediente essencial na confecção de uma estrela magnética. A rotação rápida criada pela transferência de matéria entre as duas estrelas é necessária para dar origem ao campo magnético extremamente intenso e uma segunda fase de transferência de material faz com que a estrela destinada a tornar-se uma estrela magnética "emagreça" o suficiente para não colapsar sob a forma de buraco negro no momento da sua morte.

O enxame estelar Westerlund 1 

Fonte: ESO