junho 18, 2024

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Raios-X misteriosos podem ser ‘resplendor’ de kilonova de fusões de estrelas de nêutrons em 2017

Raios-X misteriosos podem ser 'resplendor' de kilonova de fusões de estrelas de nêutrons em 2017
Ampliação / Representação artística da fusão de duas estrelas de nêutrons para formar um buraco negro (escondido dentro de uma protuberância brilhante no centro da imagem). A fusão gera jatos opostos de matéria de alta energia (azul) que aquecem o material ao redor das estrelas, fazendo com que emitam raios-X (nuvens avermelhadas).

NASA/CXC/M. Weiss

Em 2017, os astrônomos descobriram um fenômeno conhecido comoquilonovaTrês anos e meio depois, os astrofísicos descobriram um misterioso raio-X que eles acreditam que poderia ser a primeira detecção de um “resplendor de quilonova”, de acordo com um novo artigo de pesquisa publicado no Astrophysical Journal Letters. a primeira observação de matéria caindo no buraco negro que se formou após a fusão.

Como nos informe Anteriormente, Conheça o LIGO por ondas gravitacionais interferometria a laser. Este método usa lasers de alta potência para medir pequenas mudanças na distância entre dois objetos localizados a quilômetros de distância. (O LIGO tem detectores em Hanford, Washington, e em Livingston, Louisiana. Um terceiro detector na Itália, conhecido como Advanced VIRGO, foi comissionado em 2016.) Ter três detectores significa que os cientistas podem identificar de onde vêm os sons do céu noturno.

Além de sete fusões de buracos negros binários, descubra a segunda execução do LIGO, de 30 de novembro de 2016 a 25 de agosto de 2017, Fusão binária entre estrelas de nêutrons com uma vez explosão de raios gama e sinais no resto do espectro eletromagnético. O evento agora é conhecido como GW170817. Esses sinais incluíam sinais indicadores de elementos pesados ​​- particularmente ouro, platina e urânio – criados pela colisão. A maioria dos elementos mais leves são formados nas explosões sufocantes de estrelas massivas conhecidas como supernovas, mas os astrônomos há muito assumem que os elementos mais pesados ​​podem se originar na quilonova produzida quando duas estrelas de nêutrons colidem.

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A descoberta de Kilonova em 2017 forneceu evidências de que esses astrônomos estavam certos. O registro desse tipo de evento celestial foi inédito e marcou oficialmente o início de uma nova era no chamado “Múltiplos Apóstolos Astronomia. “

Desde então, os astrônomos procuram uma assinatura óptica correspondente quando o LIGO/VIRGO capta um sinal de onda gravitacional de fusões de estrelas de nêutrons ou fusões de estrelas de nêutrons com buracos negros. A suposição era que as fusões de buracos negros e buracos negros não produziriam nenhuma assinatura óptica, então não havia sentido em procurar uma – até 2020. Foi quando os astrônomos descobriram primeiro guia para tal fenômeno. Os astrônomos fizeram a descoberta combinando dados de ondas gravitacionais com dados coletados durante um levantamento automatizado do céu.

Mas Kilonova 2017 continua sendo único, de acordo com Abrajita Hajela, principal autor do novo artigo e estudante de pós-graduação da Northwestern University. Hagelah Chama Kilonova “O único evento do género” e “uma arca do tesouro com várias primeiras notas na nossa área”. Juntamente com outros astrônomos da Northwestern e da Universidade da Califórnia, em Berkeley, ele monitora a evolução do GW170817 desde que foi descoberto pela primeira vez pelo LIGO/Virgo usando espaçonaves espaciais. Observatório de Raios-X Chandra.

Ilustração do Observatório de Raios-X Chandra no espaço, o telescópio de raios-X mais sensível de todos os tempos.
Ampliação / Ilustração do Observatório de Raios-X Chandra no espaço, o telescópio de raios-X mais sensível de todos os tempos.

NASA/CXC/NGST (Domínio Público)

O Chandra detectou pela primeira vez as emissões de raios-X e rádio do GW170817 duas semanas após a fusão, que durou 900 dias. Mas esses raios X iniciais, alimentados por um jato de fusão à velocidade da luz, começaram a desaparecer no início de 2018. No entanto, de março de 2020 até o final daquele ano, a queda acentuada no brilho parou e a emissão de raios X tornou-se constante, um pouco em termos de brilho.

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Para ajudar a resolver esse mistério, Hajela e sua equipe coletaram dados observacionais adicionais com Chandra e Very Large Array (VLA) em dezembro de 2020, 3,5 anos após a fusão. Foi Hajela quem acordou às 4 da manhã com uma notificação de emissões de raios-X surpreendentemente fortes e brilhantes – quatro vezes mais do que seria esperado neste momento se as emissões fossem alimentadas apenas pelo jato. (O VLA não detectou nenhuma emissão de rádio.) Essas novas emissões permaneceram em um nível constante por 700 dias.

Isso significa que uma fonte completamente diferente de raios X deve ser a fonte de energia para eles. Uma explicação possível é que os detritos em expansão da fusão geraram uma onda de choque, semelhante a um estrondo sônico, além de jatos. Nesse caso, as estrelas de nêutrons em fusão não podem entrar em colapso instantaneamente em um buraco negro. Em vez disso, as estrelas giram rapidamente por um segundo. Esse giro rápido teria contrariado o colapso gravitacional brevemente o suficiente para produzir uma cauda rápida dos pesados ​​projéteis de Kilonova, que foram o ímpeto para a onda de choque. À medida que esses projéteis pesados ​​diminuíam a velocidade ao longo do tempo, sua energia cinética foi convertida em calor pelos choques.

“Você vai cair nisso. Feito.”

“Se as estrelas de nêutrons em fusão colapsassem diretamente em um buraco negro sem uma fase intermediária, seria muito difícil explicar o excesso de raios X que vemos agora, porque não haveria superfície sólida para as coisas se recuperarem voando em alta velocidades para criar essas auroras.” A coautora Raffaella Margutti disse: da Universidade da Califórnia em Berkeley. “Você vai cair dentro. Pronto. A verdadeira razão pela qual estou cientificamente animado é porque podemos ver algo mais do avião. Podemos finalmente obter algumas informações sobre o novo objeto compacto.”

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Brian Metzger, da Universidade de Columbia, propôs um cenário alternativo: a emissão de raios-X pode ser desencadeada pelo material caindo na fenda formada durante a fusão. Esta também é uma novidade científica, disse Hagel, já que esse tipo de acúmulo de longo prazo não foi observado antes.

Há mais observações planejadas a partir de agora, e esses dados ajudarão a resolver o problema. Se os raios-X e as emissões de rádio aumentarem nos próximos meses ou anos, isso confirmará o cenário da aurora kilonova. Se as emissões de raios X diminuíssem acentuadamente ou permanecessem constantes, sem as emissões de rádio associadas, isso confirmaria o crescente cenário de buraco negro.

Independentemente disso, “esta será a primeira vez que vemos uma kilonova aurora ou a primeira vez que vemos matéria caindo em um buraco negro após uma fusão de estrelas de nêutrons”. O coautor Joe Bright disse:Pós-doutorado na Universidade da Califórnia, Berkeley. “Nenhum resultado seria muito emocionante.”

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (Sobre DOIs).