3392: O enigma das explosões celestes

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

O radiotelescópio em Effelsberg faz parte da rede europeia VLBI, que procura surtos de rádio.
Crédito: Instituto Max Planck para Radioastronomia/Norbert Tacken

Esta tempestade de “relâmpagos cósmicos” acontece à nossa volta. Por todo o céu da Terra, existem pulsos que piscam e se apagam no momento seguinte. Estas explosões, que são medidas com radiotelescópios e duram um milésimo de segundo, são dos maiores mistérios da astrofísica. Os cientistas duvidam que sejam alienígenas a combater numa “Guerra das Estrelas” na vastidão do espaço. Mas de onde vêm estes fenómenos, apelidados de FRBs (sigla inglesa para “Fast Radio Bursts”) pelos especialistas?

Na cidade de Parkes, Austrália, uma antena gigante é apontada para o céu. Em 2001, este radiotelescópio de 64 metros de diâmetro (uma vez o maior radiotelescópio totalmente móvel do hemisfério sul) registou uma misteriosa explosão de rádio – e ninguém notou! Somente cinco anos depois é que o astrofísico Duncan Lorimer e o seu aluno David Narkevic encontraram mais ou menos por acaso a assinatura do sinal nos dados do telescópio. Mesmo assim, os especialistas não conseguiam entender o fenómeno. Mas esta não foi a única “explosão de Lorimer”.

“Conhecemos agora mais de cem,” diz Laura Spitler. Desde Março de 2019 que lidera um grupo que investiga este tópico no Instituto Max Planck para Radioastronomia. Spitler dedica-se há muitos anos a estes surtos fugazes no espaço. Sob a sua liderança, uma equipa internacional descobriu um FRB no hemisfério norte em 2014. Os astrónomos usaram a antena do telescópio Arecibo em Porto Rico. A antena, que mede 305 metros em diâmetro, está firmemente ancorada num vale natural e só pode concentrar-se numa secção relativamente pequena do céu.

“Estatisticamente falando, devem existir apenas sete erupções por minuto, espalhas pelo céu. Portanto, é preciso ter muita sorte para alinhar o seu telescópio na posição certa, à hora certa”, disse Spitler após o anúncio da descoberta. Tanto as propriedades das explosões de rádio quanto a sua frequência derivada das medições estavam em alta concordância com o que os astrónomos tinham descoberto sobre todas as erupções observadas anteriormente.

De facto, os pressupostos estatísticos foram confirmados; estes dizem que aproximadamente 10.000 destes fenómenos cósmicos invulgares surgem no firmamento todos os dias. O número surpreendentemente elevado resulta de cálculos de quanto do céu teria que observado e por quanto tempo para explicar as comparativamente poucas descobertas até agora.

A medição de Arecibo também removeu as últimas dúvidas sobre se as explosões de rádio realmente vieram das profundezas do Universo. Após as primeiras explosões registadas, os cientistas concluíram que estavam a ser geradas numa área bem para lá da Via Láctea. Isto foi deduzido de um efeito chamado dispersão de plasma. Quando os sinais de rádio viajam longas distâncias pelo Universo, encontram muitos electrões livres localizados no espaço entre as estrelas.

Por fim, a velocidade de propagação das ondas de rádio em frequências mais baixas diminui de maneira característica. Por exemplo, durante o mencionado surto de radiação descoberto com o telescópio Arecibo, esta dispersão foi três vezes maior do que seria de esperar de uma fonte dentro da Via Láctea. Se a fonte estivesse localizada na nossa Galáxia, a matéria interestelar teria contribuído 33% para a fonte observada pelo radiotelescópio de Arecibo.

Mas qual é, então, a origem destes FRBs? Os astrofísicos construíram vários cenários, todos mais ou menos exóticos. Muitos deles têm a ver com estrelas de neutrões. As estrelas de neutrões são os remanescentes de explosões gigantes de estrelas massivas como super-novas, com apenas 30 km de tamanho. Nestas esferas, a matéria é tão densamente compactada que, na Terra, uma colher de chá do seu material pesaria tanto quanto uma montanha. As estrelas de neutrões giram rapidamente em torno de si próprias. Algumas têm campos magnéticos excepcionalmente fortes.

Por exemplo, os FRBs podem ocorrer durante uma super-nova – mas também durante a fusão de duas estrelas de neutrões num sistema binário íntimo – quando os campos magnéticos das duas estrelas individuais colapsam. Além disso, uma estrela de neutrões pode entrar em colapso e formar um buraco negro, emitindo uma explosão de rádio.

À primeira vista, estes “guiões” científicos parecem plausíveis. No entanto, têm uma falha: preveem apenas um FRB de cada vez. “Se o flash foi gerado num evento cataclísmico que destrói a fonte, apenas pode ser esperado uma explosão por fonte,” diz Laura Spitler. De facto, nos primeiros anos, sempre houve explosões singulares – até 2014, quando ocorreu o evento chamado FRB 121102. Em 2016, Spitler e a sua equipa observaram que este era o primeiro “repetidor”, uma explosão com pulsos repetidos. “Isto refutou todos os modelos que explicam os FRBs como consequência de um evento catastrófico,” explica Spitler.

FRB 121102, descoberto no radiotelescópio Arecibo, foi também observado por cientistas com o VLA (Very Large Array) no estado norte-americano do Novo México. Após 80 horas de observações, registaram nove explosões e determinaram a posição com uma precisão de um segundo de arco. Nesta posição no céu, há uma fonte de rádio que irradia permanentemente; as imagens ópticas mostram uma galáxia ténue a cerca de 3 mil milhões de anos-luz de distância.

Com um diâmetro de apenas 13.000 anos-luz, é uma galáxia anã; a Via Láctea é cerca de dez vezes maior. “No entanto, nesta galáxia nascem muitas estrelas novas e talvez até particularmente grandes. Isto pode ser uma indicação da fonte das explosões de rádio,” salienta Spitler.

A investigadora está a considerar os pulsares – “faróis” cósmicos que emitem regularmente ondas de rádio. Por trás deles estão, novamente, estrelas de neutrões com rápida rotação e com fortes campos magnéticos. Se o eixo de rotação e o eixo do campo magnético de tal objecto se desviarem um do outro, pode ser produzido um feixe de rádio. De cada vez que a “luz” deste “farol” natural varre a Terra, os astrónomos medem um pulso curto.

A maioria das explosões dos pulsares de rádio são fracas demais para serem detectadas a uma grande distância. Este não é o caso dos pulsos gigantes, particularmente curtos e extremamente fortes. Um excelente exemplo desta classe de objectos é o pulsar da Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de explosão de super-nova observada no ano 1054. Os seus pulsos seriam visíveis até de galáxias vizinhas.

“Um modelo promissor sugere que os FRBs são muito mais fortes e raros do que os pulsos gigantes de estrelas de neutrões extra-galácticas parecidas com o pulsar da Nebulosa do Caranguejo. Ou mesmo mais jovens e energéticos como este,” diz Spitler. “A galáxia hospedeira de FRB 121102 encaixa neste modelo porque tem o potencial de produzir as estrelas certas para se tornarem estrelas de neutrões no final das suas vidas.”

A confirmação deste modelo não está a ficar mais fácil. No entanto, as observações continuam. Por exemplo, as antenas de rádio da rede europeia VLBI examinaram outro repetidor no verão de 2019. FRB 180916.J0158+65 mostrou não menos que quatro surtos de radiação durante as cinco horas de observação. Cada um durou menos de dois milissegundos.

O lar desta explosão de rádio é uma galáxia espiral a cerca de 500 milhões de anos-luz de distância. Isto torna-o o FRB mais próximo até agora observado, embora esta distância pareça “astronómica”. Parece também haver uma aparentemente alta taxa de natalidade estelar em torno da explosão.

A posição na galáxia difere da de todos os outros surtos investigados até agora. Por outras palavras: aparentemente, os FRBs surgem em todos os tipos de regiões cósmicas e ambientes diversos. “Esta é uma das razões pelas quais ainda não está claro se todas as explosões têm o mesmo tipo de fonte ou se são geradas pelos mesmos processos físicos,” comenta Spitler. “Continua o mistério das suas origens.”

Astronomia On-line
24 de Janeiro de 2020

spacenews

 

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