A emissão de raios X de uma Kilonova

Uma kilonova é um evento poderoso que acontece quando duas estrelas de nêutrons se fundem.

© NASA/M. Weiss (ilustração de uma kilonova)

O Observatório de raios X Chandra da NASA vem coletando dados sobre a kilonova associada a GW170817 desde que foi detectada pela primeira vez em ondas gravitacionais pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser (LIGO) e Virgo em 17 de agosto, 2017. 

GW170817 foi o primeiro, e até agora o único, evento cósmico onde tanto as ondas gravitacionais quanto a radiação eletromagnética, ou luz, foram detectadas. Essa combinação fornece aos cientistas informações críticas sobre a física das fusões de estrelas de nêutrons e fenômenos relacionados, usando observações em muitas regiões diferentes do espectro eletromagnético.

O Chandra é o único observatório ainda capaz de detectar a luz desta extraordinária colisão cósmica mais de quatro anos após o evento original. Os astrônomos pensam que depois que as estrelas de nêutrons se fundem, os detritos geram luz visível e infravermelha a partir do decaimento de elementos radioativos como platina e ouro formados nos detritos da fusão. Essa explosão de luz é chamada de kilonova. De fato, a luz visível e a emissão infravermelha foram detectadas de GW170817 várias horas após as ondas gravitacionais.

Inicialmente, a fusão de estrelas de nêutrons provavelmente produziu um jato de partículas de alta energia que não foi apontada diretamente para a Terra, explicando uma falta inicial de raios X vista pelo Chandra. O jato então desacelerou e se alargou com o impacto com gás e poeira ao redor. Essas mudanças causaram um aumento nos raios X observados pelo Chandra seguido por um declínio no início de 2018. No entanto, desde o final de 2020, os raios X detectados pelo Chandra permaneceram em um nível quase constante.

Através de dados obtidos em dezembro de 2020 e janeiro de 2021 o Chandra observou a emissão de raios X de GW170817 e do centro de sua galáxia hospedeira, a NGC 4993. Uma equipe de pesquisadores que estuda os dados do Chandra acha que essa estabilização da emissão de raios X vem de um choque, como um estrondo sônico de um avião, quando os detritos da fusão responsáveis ​​​​pela kilonova atingem o gás em torno de GW170817. O material aquecido por tal choque brilharia constantemente em raios X, dando um "resplandecente de kilonova", como o Chandra observou. 

A ilustração acima mostra os detritos da fusão responsáveis ​​pela kilonova em azul cercado por um choque retratado em laranja e vermelho. Há também uma explicação alternativa sugerindo que os raios X vêm de material caindo em direção a um buraco negro que se formou após a fusão das estrelas de nêutrons. 

Para evitar uma coincidência, é provável que apenas uma das duas opções, o brilho residual da kilonova ou a matéria caindo em um buraco negro, seja uma fonte significativa dos raios X detectados. Os dois arcos azuis brilhantes de material acima e abaixo da kilonova mostram onde o material do jato agora desbotado atingiu o material circundante.

Para distinguir entre as duas explicações, os astrônomos continuarão monitorando GW170817 em raios X e ondas de rádio. Se for um brilho residual de kilonova, espera-se que a emissão de rádio fique mais brilhante ao longo do tempo e seja detectada novamente nos próximos meses ou anos. Se a explicação envolver matéria caindo em um buraco negro recém-formado, a saída de raios X deve permanecer estável ou diminuir rapidamente e nenhuma emissão de rádio será detectada ao longo do tempo.

Pesquisadores anunciaram recentemente que uma fonte foi detectada em novas observações do Chandra realizadas em dezembro de 2021. A análise desses dados está em andamento. Nenhuma detecção de rádio ainda foi relatada. 

Um artigo descrevendo esses resultados foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics