NASA descobre colisão de estrelas extremas em local inesperado

Uma frota de missões da NASA provavelmente descobriu uma colisão entre duas estrelas ultradensas numa pequena galáxia enterrada numa enorme corrente de gás. Os astrónomos nunca tinham visto este tipo de evento explosivo num ambiente como este — e isso pode ajudar a resolver dois mistérios cósmicos notáveis. Um artigo descrevendo esses resultados foi publicado hoje em As cartas do jornal astrofísico.

Estrelas de nêutrons são os núcleos deixados para trás depois que uma estrela muito mais pesada que o Sol fica sem combustível, entra em colapso e depois explode. Eles são pequenos (apenas cerca de 20 quilômetros de diâmetro), mas um pouco mais massivos que o Sol, o que os torna incrivelmente densos. Os astrônomos os consideram alguns dos objetos mais extremos do universo.

Nos últimos anos, os astrónomos recolheram dados sobre colisões, ou fusões, de duas estrelas de neutrões no interior de galáxias de tamanho moderado ou grandes. Esta última descoberta, no entanto, mostra que uma colisão de estrelas de neutrões pode ocorrer dentro de uma pequena galáxia.

“Encontrar uma colisão de estrelas de nêutrons onde encontramos é uma mudança no jogo”, disse Simone Dichiara, da Penn State University, que liderou o estudo. “Pode ser a chave para desvendar não uma, mas duas questões importantes na astrofísica.”

O primeiro enigma que esta localização sem precedentes para uma colisão de estrelas de neutrões pode explicar é o facto de as explosões de raios gama (GRBs), que podem ser produzidas pelo colapso de duas estrelas de neutrões, por vezes não aparecerem no núcleo de uma galáxia, ou de qualquer galáxia. A outra questão que este resultado pode abordar é como elementos como o ouro e a platina foram encontrados em estrelas localizadas a grandes distâncias dos centros das galáxias.

Esta colisão de estrelas de neutrões está inesperadamente localizada numa pequena galáxia, a cerca de 4,7 mil milhões de anos-luz de distância, inserida numa corrente de gás que se estende por cerca de 600.000 anos-luz. (Para contextualizar, a nossa galáxia, a Via Láctea, tem cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro.) Esta corrente foi provavelmente criada quando um grupo de galáxias colidiu há centenas de milhões de anos, retirando gás e poeira das galáxias e deixando-as no espaço intergaláctico.

“Encontramos uma colisão dentro de uma colisão”, disse a coautora Eleonora Troja, da Universidade de Roma, na Itália. “A colisão galáctica desencadeou uma onda de formação estelar que, ao longo de centenas de milhões de anos, levou ao nascimento e eventual colisão destas estrelas de neutrões.”

Para descobrir o evento denominado GRB 230906A, que ocorreu em 6 de setembro de 2023, os astrônomos precisaram de vários telescópios da NASA, incluindo o Observatório de raios X Chandra, o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, o Observatório Neil Gehrels Swift e o Telescópio Espacial Hubble.

Fermi descobriu a colisão de estrelas de nêutrons captando o sinal distinto de uma explosão de raios gama, ou GRB. Depois de usar a Rede Interplanetária para obter uma localização preliminar para a fonte Fermi, os astrônomos precisaram da visão nítida do Chandra, Swift e Hubble para identificar com mais precisão a localização do objeto. As missões da NASA fazem parte de uma rede mundial crescente que observa estas mudanças, para resolver mistérios de como o universo funciona.

“A localização precisa dos raios X do Chandra tornou este estudo possível”, disse o coautor Brendan O’Connor, pesquisador de pós-doutorado McWilliams na Universidade Carnegie Mellon. “Sem ele, não poderíamos ter ligado a explosão a nenhuma fonte específica. E assim que o Chandra nos disse exatamente para onde olhar, a extraordinária sensibilidade do Hubble revelou a galáxia minúscula e extremamente ténue naquela posição. Só conseguimos fazer esta descoberta depois de juntarmos todas as peças.”

Esta descoberta pode explicar porque é que algumas GRBs não parecem ter galáxias hospedeiras. Este resultado implica que algumas galáxias hospedeiras são demasiado pequenas e ténues para serem vistas na maioria das imagens de luz óptica obtidas em observatórios terrestres.

A localização incomum de GRB 230906A também pode ajudar a explicar como os astrônomos detectaram elementos como ouro e platina em estrelas a distâncias relativamente grandes de galáxias. Geralmente, espera-se que essas estrelas sejam mais velhas e tenham se formado a partir de gás que teve menos tempo para ser enriquecido em elementos pesados provenientes de explosões de supernovas.

Através de uma cadeia de reações nucleares, uma colisão entre duas estrelas de nêutrons pode produzir elementos pesados como ouro e platina, que os astrônomos testemunharam numa colisão bem documentada vista em 2017. Eventos como GRB 230906A poderiam gerar elementos como estes e espalhá-los pela periferia das galáxias, eventualmente aparecendo em futuras gerações de estrelas.

Uma explicação alternativa para a explosão é que ela está localizada em uma galáxia muito mais distante, atrás do grupo de galáxias. A equipe considera que esta é uma explicação menos provável do que a ideia de uma pequena galáxia.

O Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, gerencia o programa Chandra. O Centro de Raios-X Chandra do Observatório Astrofísico Smithsonian controla as operações científicas de Cambridge, Massachusetts, e as operações de voo de Burlington, Massachusetts.

Para saber mais sobre o Chandra, acesse:

https://science.nasa.gov/chandra

Saiba mais sobre o Observatório de Raios-X Chandra e sua missão aqui:

https://www.nasa.gov/chandra

https://chandra.si.edu

Este lançamento apresenta dois conceitos artísticos e uma imagem composta representando duas colisões cósmicas que começaram há centenas de milhões de anos.

No centro do conceito do grande artista está uma bola brilhante com um núcleo quase branco e camadas externas laranja douradas. Esta bola brilhante representa a galáxia mais brilhante numa colisão entre dois grupos de galáxias, que começou há centenas de milhões de anos. O gás e a poeira dessa colisão foram lançados no espaço intergaláctico em longas correntes de maré. Na ilustração, as correntes das marés lembram listras azuis caindo da bola brilhante. Perto do final de cada corrente de maré há uma faixa laranja brilhante, ou elipse. Estas formas brilhantes são galáxias individuais mais pequenas, algumas das quais revelam ter braços em espiral quando examinadas de perto.

Uma das correntes de maré dispara em direção ao canto superior esquerdo e depois começa a descer, passando por duas galáxias laranja brilhantes ao longo de seu caminho. Perto do final desta corrente de maré está uma pequena galáxia e uma fonte de raios X apresentada no meio de uma inserção em close-up. No centro da inserção composta, as observações do Hubble em laranja revelam a pequena e tênue galáxia enterrada na corrente das marés. Uma piscina de neblina azul neon mostra raios X detectados pelo Chandra na colisão de duas estrelas de nêutrons ultradensas.

Os astrónomos acreditam que a pequena galáxia nasceu do gás e da poeira ao longo da corrente de maré de 600.000 anos-luz, criada pela colisão inicial dos grupos de galáxias. Ao longo de centenas de milhões de anos, esse material contribuiu para o nascimento de muitas estrelas nesta pequena galáxia. Duas dessas estrelas colapsaram em estrelas de nêutrons e, finalmente, colidiram, produzindo elementos importantes como ouro e platina, e ondas gravitacionais que ondularam pelo espaço.

O conceito do artista na outra inserção mostra uma visão lateral de como seriam as consequências de uma colisão de estrela de nêutrons. Uma explosão de raios gama foi originalmente detectada ao observá-la pelo cano do jato, o que desencadeou observações de raios-X de acompanhamento com o Chandra e outros telescópios de raios-X.

Megan Watzke
Centro de Raios X Chandra
Cambridge, Massachusetts.
617-496-7998
mwatzke@cfa.harvard.edu

Joel Wallace
Centro de Voo Espacial Marshall, Huntsville, Alabama
256-544-0034
joel.w.wallace@nasa.gov

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