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Imagem: Explosão de raios gama 230307A
Esta imagem do instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Telescópio Espacial James Webb da NASA destaca a explosão de raios gama (GRB) 230307A e sua quilonova associada, bem como sua antiga galáxia natal, entre seu ambiente local de outras galáxias e estrelas em primeiro plano. O GRB provavelmente foi alimentado pela fusão de duas estrelas de nêutrons. As estrelas de nêutrons foram expulsas de sua galáxia natal e percorreram uma distância de cerca de 120 mil anos-luz, aproximadamente o diâmetro da Via Láctea, antes de finalmente se fundirem, várias centenas de milhões de anos depois.
O estudo de Webb sobre a segunda explosão de raios gama mais brilhante já vista revela telúrio.
Uma equipe de cientistas usou vários telescópios espaciais e terrestres, incluindo o Telescópio Espacial James Webb da NASA, o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA e o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA, para observar uma explosão de raios gama excepcionalmente brilhante, GRB 230307A, e identificar a fusão da estrela de nêutrons que gerou uma explosão que criou a explosão. Webb também ajudou os cientistas a detectar o elemento químico telúrio após a explosão.
Outros elementos próximos ao telúrio na tabela periódica – como o iodo, que é necessário para grande parte da vida na Terra – também provavelmente estarão presentes entre o material ejetado da quilonova. Uma quilonova é uma explosão produzida pela fusão de uma estrela de nêutrons com um buraco negro ou com outra estrela de nêutrons.
“Pouco mais de 150 anos desde que Dmitri Mendeleev escreveu a tabela periódica dos elementos, estamos agora finalmente em condições de começar a preencher as últimas lacunas de compreensão de onde tudo foi feito, graças a Webb”, disse Andrew Levan, da Universidade Radboud, no Holanda e a Universidade de Warwick, no Reino Unido, autora principal do estudo.
Embora as fusões de estrelas de nêutrons tenham sido teorizadas há muito tempo como sendo as “panelas de pressão” ideais para criar alguns dos elementos mais raros e substancialmente mais pesados que o ferro, os astrônomos já encontraram alguns obstáculos na obtenção de evidências sólidas.
Kilonova são extremamente raras, dificultando a observação desses eventos. Explosões curtas de raios gama (GRBs), tradicionalmente consideradas aquelas que duram menos de dois segundos, podem ser subprodutos desses episódios de fusão pouco frequentes. (Em contraste, longas explosões de raios gama podem durar vários minutos e estão geralmente associadas à morte explosiva de uma estrela massiva.)
O caso do GRB 230307A é particularmente notável. Detectado pela primeira vez pelo Fermi em março, é o segundo GRB mais brilhante observado em mais de 50 anos de observações, cerca de 1.000 vezes mais brilhante do que uma explosão típica de raios gama que o Fermi observa. Também durou 200 segundos, colocando-o firmemente na categoria de explosões de raios gama de longa duração, apesar da sua origem diferente.
“Esta explosão está na categoria longa. Não é perto da fronteira. Mas parece vir de uma estrela de nêutrons em fusão”, acrescentou Eric Burns, coautor do artigo e membro da equipe Fermi da Louisiana State University.
A colaboração de muitos telescópios no solo e no espaço permitiu aos cientistas reunir uma riqueza de informações sobre este evento assim que a explosão foi detectada pela primeira vez. É um exemplo de como os satélites e os telescópios trabalham juntos para testemunhar as mudanças no Universo à medida que elas se desenrolam.
Após a primeira detecção, uma série intensiva de observações do solo e do espaço, inclusive com o Swift , entrou em ação para localizar a fonte no céu e rastrear como seu brilho mudou. Estas observações nos raios gama, raios X, ópticos, infravermelhos e rádio mostraram que a contraparte óptica/infravermelha era fraca, evoluiu rapidamente e tornou-se muito vermelha – as características de uma quilonova.
“Este tipo de explosão é muito rápida, com o material da explosão também se expandindo rapidamente”, disse Om Sharan Salafia, coautor do estudo no INAF – Observatório Astronômico de Brera, na Itália. “À medida que toda a nuvem se expande, o material arrefece rapidamente e o pico da sua luz torna-se visível no infravermelho e torna-se mais vermelho em escalas de tempo de dias a semanas.”
Esta apresentação gráfica compara os dados espectrais da quilonova GRB 230307A conforme observado pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA e um modelo de quilonova. Ambos mostram um pico distinto na região do espectro associada ao telúrio, com a área sombreada em vermelho. A detecção de telúrio, que é mais raro que a platina na Terra, marca a primeira observação direta de Webb de um elemento pesado individual de uma quilonova.
Mais tarde, teria sido impossível estudar esta quilonova a partir do solo, mas estas eram as condições perfeitas para os instrumentos NIRCam (Near-Infrared Camera) e NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb observarem este ambiente tumultuado. O espectro tem linhas largas que mostram que o material é ejetado em altas velocidades, mas uma característica é clara: a luz emitida pelo telúrio, um elemento mais raro que a platina na Terra.
As capacidades infravermelhas altamente sensíveis de Webb ajudaram os cientistas a identificar o endereço residencial das duas estrelas de nêutrons que criaram a quilonova: uma galáxia espiral a cerca de 120.000 anos-luz de distância do local da fusão.
Antes de sua aventura, elas eram duas estrelas massivas normais que formavam um sistema binário em sua galáxia espiral natal. Como a dupla estava ligada gravitacionalmente, ambas as estrelas foram lançadas juntas em duas ocasiões distintas: quando uma das duas explodiu como uma supernova e se tornou uma estrela de nêutrons , e quando a outra estrela fez o mesmo.
Neste caso, as estrelas de neutrões permaneceram como um sistema binário apesar de dois choques explosivos e foram expulsas da sua galáxia natal. O par viajou aproximadamente o equivalente ao diâmetro da Via Láctea antes de se fundir centenas de milhões de anos depois.
Os cientistas esperam encontrar ainda mais quilonovas no futuro devido às crescentes oportunidades de os telescópios espaciais e terrestres trabalharem de forma complementar para estudar as mudanças no Universo. Por exemplo, embora Webb possa perscrutar mais profundamente o espaço do que nunca, o notável campo de visão do próximo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA permitirá aos astrônomos descobrir onde e com que frequência estas explosões ocorrem.
“Webb fornece um impulso fenomenal e pode encontrar elementos ainda mais pesados”, disse Ben Gompertz, coautor do estudo da Universidade de Birmingham, no Reino Unido. “À medida que obtivermos observações mais frequentes, os modelos irão melhorar e o espectro poderá evoluir mais com o tempo. Webb certamente abriu a porta para fazer muito mais, e suas habilidades serão completamente transformadoras para a nossa compreensão do Universo”.
Essas descobertas foram publicadas na revista Nature.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso Universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadiana.
Contatos de mídia
Laura Betz – laura.e.betz@nasa.gov
Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, Greenbelt, Maryland.
Hannah Braun – hbraun@stsci.edu , Christine Pulliam – cpulliam@stsci.edi
Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, Baltimore, Maryland.
Transferências
Baixe imagens em resolução total para este artigo do Space Telescope Science Institute.
Resultados da pesquisa publicados na revista Nature.
Informação relacionada
Estrelas de nêutrons – https://universe.nasa.gov/stars/types/#otp_neutron_stars
Fundamentos do Universo/Estrelas – https://universe.nasa.gov/stars/basics/
Noções básicas do universo –https://universe.nasa.gov/universe/basics/
Mais notícias do Webb – https://science.nasa.gov/mission/webb/latestnews/
Mais imagens Webb – https://science.nasa.gov/mission/webb/multimedia/images/
Página da missão Webb – https://science.nasa.gov/mission/webb/
Em espanhol
Para saber mais, acesse o link>
Fonte: NASA / Publicação 25/10/2023
https://www.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-makes-first-detection-of-heavy-element-from-star-merger/
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
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