Em março, os astrônomos apontaram o Telescópio Espacial Hubble para um ponto distante no espaço onde duas estrelas de nêutrons haviam colidido. Usando o olho gigante do Hubble, eles olharam para aquele ponto distante por 7 horas, 28 minutos e 32 segundos ao longo de seis das órbitas do telescópio ao redor da Terra. Foi a maior exposição já feita sobre o local da colisão, o que os astrônomos chamam de imagem "mais profunda". Mas o tiro, realizado mais de 19 meses após a luz da colisão ter atingido a Terra, não captou nenhum resquício da fusão estrela de nêutrons. E isso é uma ótima notícia.
Esta história começou com uma oscilação em 17 de agosto de 2017. Uma onda gravitacional, tendo viajado 130 milhões de anos-luz pelo espaço, empurrou os lasers no Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO), o detector de ondas gravitacionais que abrange o globo. Esse sinal seguiu um padrão, que dizia aos pesquisadores que era o resultado da fusão de duas estrelas de nêutrons - a primeira fusão de estrelas de nêutrons já detectada. Os detectores de ondas gravitacionais não conseguem dizer de que direção vem uma onda, mas assim que o sinal chegou, os astrônomos de todo o mundo entraram em ação, caçando o céu noturno pela fonte da explosão. Eles logo descobriram: um ponto nos arredores de uma galáxia conhecida como NGC4993 havia se iluminado com o "kilonova" da colisão - uma explosão maciça que lança rapidamente material radioativo em decomposição no espaço em uma brilhante exibição de luz.
Algumas semanas depois, o NGC4993 passou para trás do sol e não emergiu novamente até cerca de 100 dias após o primeiro sinal da colisão. Nesse ponto, o kilonova havia desaparecido, revelando o "brilho posterior" da fusão das estrelas de nêutrons - um fenômeno mais fraco, porém mais duradouro. Entre dezembro de 2017 e dezembro de 2018, os astrônomos usaram o Hubble para observar o brilho posterior 10 vezes, enquanto ele desaparecia lentamente. Essa imagem mais recente, no entanto, não mostrando brilho visível posterior ou outros sinais da colisão, pode ser a mais importante ainda.
"Conseguimos criar uma imagem realmente precisa e isso nos ajudou a rever as 10 imagens anteriores e a criar uma série temporal realmente precisa", disse Wen-fai Fong, astrônomo da Northwestern University, que liderou esse último esforço de criação de imagens.
Essa "série temporal" equivale a 10 fotos nítidas do pós-brilho que evoluem ao longo do tempo. A última imagem da série, mostrando aquele ponto no espaço sem brilho posterior, permitiu que eles voltassem às imagens anteriores e subtraíssem a luz de todas as estrelas circundantes. Com toda a luz das estrelas removida, os pesquisadores ficaram com fotos extremamente detalhadas e sem precedentes da forma e evolução do brilho posterior ao longo do tempo.
A imagem que surgiu não se parece com nada que veríamos se olhassemos para o céu noturno apenas com nossos olhos, disse Fong à Live Science.
"Quando duas estrelas de nêutrons se fundem, elas formam um objeto pesado - uma estrela de nêutrons maciça ou um buraco negro claro - e estão girando muito rapidamente. E o material está sendo ejetado pelos pólos", disse ela.
Esse material decola em altas velocidades em duas colunas, uma apontada para cima do pólo sul e outra para o norte, disse ela. À medida que se afasta do local da colisão, bate contra poeira e outros detritos espaciais interestelares, transferindo parte de sua energia cinética e fazendo esse material interestelar brilhar. As energias envolvidas são intensas, disse Fong. Se isso estivesse acontecendo em nosso sistema solar, superaria em muito o nosso sol.
Muito disso já era conhecido em estudos teóricos anteriores e observações do brilho posterior, mas a real importância do trabalho de Fong para os astrônomos é que ele revela o contexto em que a colisão original aconteceu.
"Este é um bom trabalho. Ele mostra o que suspeitamos em nosso trabalho com as observações anteriores do Hubble", disse Joseph Lyman, astrônomo da Universidade de Warwick, na Inglaterra, que liderou um estudo anterior sobre o brilho posterior. "A estrela binária de nêutrons não se fundiu dentro de um aglomerado globular".
Aglomerados globulares são regiões do espaço densas de estrelas, disse Lyman, que não estava envolvido no novo esforço, à Live Science. Estrelas de nêutrons são raras, e binários de estrelas de nêutrons, ou pares de estrelas de nêutrons que orbitam entre si, são ainda mais raros. No início, os astrônomos suspeitavam que a fusão de binários de estrelas de nêutrons provavelmente surgiria em regiões do espaço onde as estrelas estavam fortemente agrupadas e se balançando descontroladamente. Lyman e seus colegas, analisando os dados anteriores do Hubble, apresentaram algumas evidências que podem não ser o caso. A imagem de Fong mostrou que não existe um aglomerado globular, o que parece confirmar que, pelo menos nesse caso, uma colisão de estrelas de nêutrons não precisa de um denso aglomerado de estrelas para se formar.
Uma razão importante para estudar essas sequelas posteriores, disse Fong, é que isso pode nos ajudar a entender pequenas explosões de raios gama - explosões misteriosas de raios gama que os astrônomos ocasionalmente detectam no espaço.
"Achamos que essas explosões podem ser duas estrelas de nêutrons se fundindo", disse ela.
A diferença nesses casos (além dos astrônomos não detectarem ondas gravitacionais que confirmariam sua natureza) é o ângulo das fusões com a Terra.
A Terra tem uma visão lateral do brilho posterior dessa fusão, disse Fong. Temos que ver a luz subir e depois desaparecer com o tempo.
Mas quando pequenas explosões de raios gama acontecem, ela disse: "É como se você estivesse olhando para o cano da mangueira de fogo".
Um dos jatos de fuga de matéria nesses casos, ela disse, está apontado para a Terra. Então, primeiro vemos a luz das partículas que se movem mais rapidamente, viajando a uma fração significativa da velocidade da luz, como um breve flash de raios gama. Então o ponto de luz desaparecerá lentamente à medida que as partículas que se movem mais lentamente atingem a Terra e se tornam visíveis.
Este novo artigo, a ser publicado no Astrophysical Journal Letters, não confirma essa teoria. Mas oferece aos pesquisadores mais material do que nunca para estudar o pós-brilho de uma estrela de nêutrons.
"É um bom anúncio da importância do Hubble na compreensão desses sistemas extremamente fracos", disse Lyman, "e fornece pistas sobre quais outras possibilidades serão possibilitadas por", o grande sucessor do Hubble que está programado para ser implantado em 2021. .
Nota do editor: esta história foi corrigida às 12:20 da noite EST na sexta-feira, 13 de setembro, para remover uma declaração de que nenhum raio gama jamais foi diretamente vinculado a uma fusão de estrelas de nêutrons. Uma chuva fraca de raios gama foi ligada à fusão GW170817.
