Pela primeira vez uma equipe de cientistas, liderada por Philipp Mösta, da Universidade da California, em Berkeley, conseguiu simular em computador os processos físicos que se desencadeiam logo após o colapso do núcleo de uma estrela maciça numa supernova.
© Robert R. Sisneros/Philipp Mösta (simulação do campo magnético toroidal de estrela massiva)
Trata-se de um feito sem precedentes e um enorme avanço na compreensão das supernovas, nomeadamente das que dão origem a explosões de raios gama (GRBs, gamma ray bursts), um dos fenômenos mais energéticos conhecidos no Universo. Os cálculos necessários para simular os primeiros 10 mili-segundos após o colapso do núcleo numa estrela de nêutrons demoraram 2 semanas para completar utilizando um dos maiores supercomputadores do mundo, o Blue Waters, com 130 mil cores, no National Center for Supercomputing Applications, na Universidade de Illinois, em Urbana-Champaign.
As explosões de raios gama foram detectadas pela primeira vez na década de 60 pelos observatórios de raios gama norte-americanos Vela, colocados em órbita da Terra para vigiar eventuais testes nucleares realizados pela URSS e outras nações. A curta duração das explosões, tipicamente alguns minutos, impedia a identificação dos objetos responsáveis pela emissão gama na esfera celeste, pelo que a sua natureza permaneceu um mistério durante décadas. No início da década de 90 havia apenas um consenso crescente de que tinham origem em regiões distantes do Universo. A situação progrediu então rapidamente na virada do século com a entrada em cena de uma armada de observatórios entre os quais o BeppoSAX, uma colaboração entre a Holanda e a Itália, e o SWIFT, da NASA. Os satélites, em especial o SWIFT, detectam explosões de raios gama e, rapidamente, calculam a sua posição precisa, notificando observatórios na Terra para que possam estudar o evento.
Em poucos anos, os astrônomos descobriram que as explosões de raios gama ocorrem durante o colapso gravitacional de estrelas muito massivas, mais abundantes quando o Universo era mais jovem. De fato, em vários casos, os cientistas observaram o aparecimento de uma supernova numa galáxia longínqua na mesma posição onde dias antes havia sido detectada uma explosão de raios gama pelo SWIFT. E descobriram algo mais interessante. A radiação gama observada resultava da propagação de jatos de partículas relativísticas pelas várias camadas de uma estrela moribunda, nos primeiros instantes de uma supernova. Mas, evidentemente, nem todas as supernovas produzem explosões de raios gama. O que teriam estas de especial? E de onde viria a energia colossal necessária para formar os jatos, liberada depois parcialmente sob a forma de raios gama?
Desde muito cedo as suspeitas recaíram sobre os poderosos campos magnéticos que se formam durante o colapso gravitacional do núcleo da estrela, o evento que dá origem à supernova. Se a rotação da estrela de nêutrons ou do buraco negro resultante do colapso fosse suficientemente rápida e se o campo magnético na região adjacente tivesse uma intensidade extrema, os cálculos teóricos sugeriam, seria possível a formação dos jatos que dão origem às explosões de raios gama. A dificuldade estava em demonstrar que, nas condições certas, o colapso gravitacional poderia gerar campos magnéticos tão intensos, quintilhões de vezes mais intensos do que o da Terra, que move as agulhas nas bússolas e nos protege do vento solar.
O processo envolve a energia rotacional da estrela de nêutrons e do plasma muito quente que a rodeia, embebidos num campo magnético intenso. Foi demonstrado que, numa região 15 a 35 quilômetros da superfície da estrela de nêutrons, as variações na velocidade de rotação do plasma geram turbulência que, por um mecanismo de retorno positivo, amplifica o campo magnético até aos níveis necessários para a formação dos jatos.
O artigo que descreve este trabalho, intitulado “A large scale dynamo and magnetoturbulence in rapidly rotating core-collapse supernovae”, foi publicado na revista Nature.
Fonte: Astronomy
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