GRBs: Uma nova vela padrão?

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Impressão artística que mostra uma explosão de raios gama em uma região de formação estelar. Crédito: ESO/L. Calçada.

Artigo traduzido de Sky and Telescope. Autor: Shannon Hall.

A astronomia é uma disciplina que persegue distâncias inimagináveis. E, no entanto, na verdade, medir a distância de um exoplaneta próximo ou de uma galáxia brilhando para nós a partir das profundezas escuras do cosmos, parece quase sem propósito.

Um dos métodos mais simples é usar velas padrão – objetos com um brilho intrínseco conhecido – e inferir suas distâncias com base em quão brilhante eles parecem ser quando visto da Terra.

Os astrônomos têm usado supernovas do Tipo 1a (SNe) como velas padrão com grande sucesso. Essas explosões são o grito de morte de uma anã branca densa quando recolhe muita matéria adicional. Mas estamos constantemente à procura de novas velas padrão que poderiam estar um degrau mais independente na escada cósmica de distância: uma ferramenta para medir distâncias de galáxias cada vez mais longe.

Agora, dois novos estudos apresentados em revistas separadas descobriram independentemente que raios gama de explosões supernovas podem ser “padronizáveis​​.” E, embora ainda ambos precisem passar por um processo de revisão rigorosa, peritos externos estão elogiando seus trabalhos como pontos sólidos de partida.
Explosões de raios gama como velas padrão?

Cerca de uma vez por dia, o céu é iluminado por um clarão misterioso de energia. Estes eventos – explosões de raios gama (ou GRBs para encurtar) – estão entre os eventos mais explosivos e energéticos do universo, eles enviam mais energia em uma fração de segundo do que o nosso Sol vai enviar durante toda sua vida útil. GRBs longas (que duram mais de 2 segundos) vêm de supernovas de estrelas massivas.

“Quando essas estrelas sofrem colapso do núcleo, eles formam um ‘motor central’ que é esperado para ser um buraco negro em rotação rápida, cercado por um disco de acreção, ou uma estrela de nêutrons com um campo magnético excepcionalmente grande”, diz Zach Cano (Universidade da Islândia), autor de um dos dois estudos. “Quando o núcleo entra em colapso, o motor central cria um jato bipolar que perfura o meio da estrela, e em uma grande distância da estrela, cria uma explosão de raios gama, e mais tarde um brilho intenso”.

Os Tipo 1a SNe são facilmente usados ​​como velas padrão porque a quantidade de luz que recebemos ao longo do tempo segue um padrão específico. Os gráficos desta emissão, conhecidos como curvas de luz, têm uma forma característica, permitindo aos astrônomos determinar o brilho intrínseco da explosão com base exclusivamente nesta forma.

Mas à primeira vista, as supernovas que criam GRBs tem curvas de luz irregulares.

Então Cano e uma segunda equipe, independente, compreendendo Xui Li e Jens Hjorth (ambos da Universidade de Copenhague, na Dinamarca) cavaram simultaneamente um pouco mais a fundo. Ambas as equipes olharam para conjuntos separados de oito eventos GRB-PND, a fim de procurar qualquer consistência entre as curvas de luz.

Eles utilizaram duas abordagens diferentes. Cano assumiu que todas GRB-SNe seguem o comportamento do protótipo 98bw GRB-SN (uma etapa que os astrônomos me certificaram que é válido). Li e Hjorth, por sua vez, usaram diretamente as curvas de luz da GRB-SNe e olharam para uma correlação entre elas.

No final do dia Cano descobriu que a luminosidade da supernova correlacionou surpreendentemente bem com a largura da curva de luz, enquanto que Li e Hjorth descobriram que a luminosidade correlacionou surpreendentemente bem com a taxa de declínio da curva de luz.

“Antes das duas equipes… [apresentarem] seus trabalhos, não ficou claro se as GRB-SNe poderiam ser velas padrão”, diz o especialista Steve Schulze (Pontifícia Universidade Católica, em Santiago, Chile). “Os trabalhos de Cano e Li e Hjorth fornecem evidências convincentes de que GRB-SNe são padronizáveis​​.” É ainda mais promissor que duas equipes independentes, sem saber, apoiaram resultados uns dos outros tão bem.

Existem várias vantagens em usar GRB-SNe como velas padrão, e ambas as equipes estão animadas para seguir em frente.

“Parece que as GRB-PND podem ser tão boas quanto as velas padrão Tipo 1a SNe”, diz Hjorth. Ele explica que a grande vantagem é gama elevada de redshift das GRBs. Os astrônomos detectaram GRBs em redshifts tão altos quanto 8, quando o universo tinha apenas 600 milhões de anos. Usar GRBs para medir distâncias no universo primordial permitirá que os astrônomos entendam a misteriosa expansão do universo ao longo do tempo.

Mas o próximo passo é realmente usar GRBs como velas padrão. Cano acha que encontrou uma maneira de fazer isso, mas ele não irá a público ainda. “Com base neste resultado, os resultados iniciais (não publicados) indicam que GRB-SNe pode ser usada da mesma forma que usamos SNe Ia para restringir modelos cosmológicos”, diz Cano. “Os resultados iniciais mostram também que o universo é composto predominantemente de energia escura e com uma constante de Hubble entre 60 a 70 km/s/Mpc”, correspondente aos cálculos feitos por membros da missão Planck da ESA. “Os resultados são preliminares, mas extremamente encorajadores”.

É claro que é importante ressaltar que este método ainda é muito recente, com uma abundância de obstáculos para superar. Ambas as equipes terão de procurar conjuntos de dados muito maiores antes que a comunidade concorde que esta abordagem funcione.

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