O Observatório XMM-Newton tem ajudado a desvendar como as primeiras estrelas do universo terminaram

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A impressão deste artista representa uma região de uma supergigante azul explodindo. Estas estrelas são raras no Universo relativamente perto, mas se presume terem sido muito comuns no início do Universo, com quase todas as primeiras estrelas tendo evoluído para elas ao longo de suas vidas curtas. Crédito: NASA/Swift/A. Simonnet, Universidade Estadual de Sonoma.

Artigo traduzido de Phys.org.

Os astrônomos estudaram a explosão de raios gama GRB130925A – um flash de um fluxo de radiação muito energética de uma estrela em uma galáxia distante – usando observatórios espaciais e terrestres.

Eles encontraram a culpada de produzir a explosão, uma estrela massiva, conhecida como supergigante azul. Essas grandes estrelas são bastante raras no Universo relativamente perto de onde GRB130925A está localizado, mas pensa-se que eram muito comuns no início do Universo, com quase todas as primeiras estrelas tendo evoluído para elas ao longo de suas vidas curtas.

Mas ao contrário de outras supergigantes azuis que vemos nas proximidades, a estrela progenitora de GRB130925A continha muito pouco de elementos mais pesados ​​que o hidrogênio e o hélio. O mesmo acontecia com as primeiras estrelas a se formar no Universo, fazendo GRB130925A um análogo notável para explosões semelhantes que ocorreram apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang.

“Houve vários estudos teóricos que preverem com o que seria parecida uma explosão de raios gama produzida por uma estrela primordial”, diz Luigi Piro do Istituto Astrofisica e Planetologia Spaziali em Roma, Itália, e principal autor de um novo estudo publicado no The Astrophysical Journal Letters. “Com a nossa descoberta, nós mostramos que essas previsões estão provavelmente ​​ corretas”.

Os astrônomos acreditam que as estrelas primordiais eram muito grandes, talvez centenas de vezes a massa do Sol. Este grande volume, em seguida, alimentou explosões de raios gama que duraram vários milhares de segundos, até cem vezes o comprimento de uma explosão “normal” de raios gama.

De fato, GRB130925A teve uma longa duração de cerca de 20 mil segundos, mas também exibiu características peculiares adicionais que nunca se viu em uma explosão de raios gama: um casulo quente de gás que emite radiação de raios-X e um vento estranhamente fino.

Ambos os fenômenos permitiu aos astrônomos implicar uma supergigante azul como a progenitora estelar. Fundamentalmente, eles dão informações sobre a proporção da estrela composta por outros elementos além do hidrogênio e hélio, elementos que os astrônomos agrupam sob o termo “metais”.

Após o Big Bang, o Universo era dominado por hidrogênio e hélio e, portanto, as primeiras estrelas que se formaram eram muito pobres em metal. No entanto, essas primeiras estrelas fizeram elementos mais pesados ​​via fusão nuclear e os espalharam por todo o espaço quando evoluíram e explodiram.

Este processo continuou à medida que cada nova geração de estrelas era formada, e, portanto, estrelas no Universo próximo são relativamente ricas em metal.

Concepção artística de uma explosão de raios gama, um clarão de radiação muito energética associada a uma galáxia distante. Crédito: ESA, ilustração por ESA/ECF.
Concepção artística de uma explosão de raios gama, um clarão de radiação muito energética associada a uma galáxia distante. Crédito: ESA, ilustração por ESA/ECF.

Encontrar a progenitora do GRB130925A e ela ser uma supergigante azul pobre em metais é significativo, pois oferece a oportunidade de explorar um análogo de uma dessas primeiras estrelas de perto. Dr. Piro e seus colegas especulam que ela pode ter se formado a partir de uma bolsa de gás primordial que de alguma forma sobreviveu inalterada por bilhões de anos.

“A busca em entender as primeiras estrelas que se formaram no Universo cerca de 13 bilhões de anos atrás é um dos grandes desafios da astrofísica moderna”, observa Dr. Piro.

Detectar uma dessas estrelas está diretamente fora do alcance de qualquer observatório presente ou futuro, devido às imensas distâncias envolvidas.

“ Mas isso deve finalmente possibilitar descobrir como elas explodem no fim de suas vidas, produzindo flashes poderosos de radiação”.

Em contrapartida nas proximidades, no entanto, GRB130925A ofereceu aos astrônomos a oportunidade de obter algumas dicas sobre as primeiras estrelas de hoje.

“A localização espacial do XMM-Newton e os instrumentos sensíveis de raios-X foram fundamentais para observar as fases posteriores desta explosão, vários meses depois que ela apareceu pela primeira vez”, diz o cientista do projeto XMM-Newton da ESA, Norbert Schartel.

“Nessas ocasiões, as impressões digitais da estrela progenitora foram mais claras, mas a própria fonte foi tão fraca que apenas os instrumentos do XMM-Newton eram sensíveis o suficiente para tomar detalhadamente as medidas necessárias para caracterizar a explosão”.

Uma série de missões espaciais e terrestres estão envolvidas na descoberta e caracterização de GRB130925A. Juntamente com as observações do XMM-Newton, os astrônomos envolvidos neste estudo também utilizaram dados de raios X recolhidos em diferentes momentos pelo Swift Burst Alert Telescope da NASA, e os dados de rádio do Australia Telescope Compact Array da CSIRO.

“A combinação dessas observações foi crucial para obter uma imagem completa deste evento”, acrescentou Eleonora Troja do Goddard Space Flight Center da NASA, em Maryland, EUA, co-autora do artigo.

“Esta nova compreensão da GRB130925A significa que agora temos fortes indícios de como a explosão primordial parece – e, portanto, o que procurar no Universo distante”, diz o Dr. Schartel.

A pesquisa vai exigir instalações poderosas. O telescópio espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, um sucessor de infravermelho do Telescópio Espacial Hubble previsto para lançamento em 2018, e a missão planejada Athena da ESA, um grande observatório de raios-X na sequência do XMM-Newton, em 2028, terão papéis chave a desempenhar.

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