Astrofísicos rastreiam a origem de metais preciosos no espaço

A bilhões de anos-luz de distância, em uma parte remota do Universo, duas estrelas de nêutrons – os remanescentes ultradensos de estrelas mortas – colidiram.

O evento cósmico catastrófico lançou luz e partículas, incluindo um flash repentino de raios gama, Universo afora. Esses raios gama viajaram por 8,5 bilhões de anos antes de chegar à Terra.

Em um novo estudo, nossa equipe de astrofísicos analisou esse sinal de raios gama. Descobrimos que a colisão estelar de onde ele se originou foi provavelmente causada por um encontro ainda mais catastrófico: a fusão entre duas galáxias.

Esta é a primeira vez que os astrônomos associam esse tipo de sinal a uma interação galáctica em tão grande escala. Nossa descoberta oferece uma nova visão sobre como as colisões estelares espalham metais pelo Universo.

Por que isso é importante

Quando duas estrelas de nêutrons orbitam uma à outra e finalmente colidem – uma chamada fusão de estrelas de nêutrons binárias –, elas produzem algumas das explosões mais poderosas do Universo.

Estes eventos liberam intensos flashes de raios gama, que os astrônomos chamam de “explosões curtas de raios gama”.

Estas explosões podem liberar tanta energia quanto o nosso Sol produzirá ao longo de toda a sua vida em menos de dois segundos.

Nas fusões de estrelas de nêutrons binárias, duas estrelas de nêutrons densas orbitam uma a outra e acabam colidindo. Nesse processo, elas emitem explosões de raios gama.

Essas colisões também podem ejetar detritos para o espaço, que podem criar novos elementos radioativos quando colidem. Muitos elementos valiosos, incluindo ouro e platina, são forjados nessas fusões.

O que torna esse evento específico, conhecido como GRB 230906A, extraordinário é o local onde ocorreu. Usando o Observatório de Raios X Chandra e o Telescópio Espacial Hubble, localizamos com precisão o local da explosão e identificamos sua galáxia hospedeira como uma das galáxias de brilho mais tênue já associadas a um GRB curto.

Observações obtidas pelo Very Large Telescope, no Chile, revelaram que a explosão ocorreu dentro de um sistema de emaranhadas galáxias em interação. Correntes de estrelas e gás, arrancadas por encontros galácticos passados, se estendem por toda a região.

A explosão de raios gama está localizada diretamente dentro de uma dessas correntes de maré, sugerindo que ocorreu dentro de uma pequena galáxia anã formada a partir do material arrancado de sua galáxia hospedeira durante uma colisão galáctica.

Esta é a primeira vez que uma fusão de estrelas de nêutrons binárias foi associada a tal ambiente. Esta descoberta revela novos locais onde estas colisões cósmicas podem acontecer e mostra que elas não ocorrem apenas em grandes galáxias.

E também aponta um novo caminho para a disseminação de metais pesados pelo Universo onde menos esperamos.

Nosso estudo traça a origem dessas fusões de estrelas de nêutrons até a atração lenta e de longo alcance da gravidade entre galáxias.

Ele nos diz mais sobre onde esses eventos extraordinários podem ocorrer e, mais importante, como os elementos que compõem nosso mundo surgiram.

O que ainda não se sabe

Como essa explosão ocorreu longe, nossos instrumentos não conseguiram medir quais elementos foram forjados na colisão.

Explosões brilhantes semelhantes podem ser produzidas não apenas por fusões de estrelas de nêutrons binárias, mas também por fusões envolvendo estrelas de nêutrons e buracos negros, ou mesmo outros tipos de remanescentes estelares compactos, como anãs brancas, os núcleos remanescentes de estrelas semelhantes ao Sol.

O que vem a seguir

Novos observatórios poderosos, como o Telescópio Espacial James Webb e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, permitirão a descoberta e o estudo detalhado de fusões distantes responsáveis pela produção de elementos pesados.

Futuras missões avançadas de raios X, como o NewAthena e o AXIS, aumentarão nossa capacidade de identificar esses tipos de explosões.

Essas novas capacidades de observação avançarão lado a lado com o desenvolvimento da próxima geração de detectores de ondas gravitacionais: o Einstein Telescope e o Cosmic Explorer.

Isso nos permitirá decifrar a natureza dessas fusões, marcando uma nova era para a astronomia multimensageira.

Juntos, esses telescópios serão essenciais para compreender como os elementos que compõem nosso mundo são formados.

Simone Dichiara recebe financiamento da National Aeronautics and Space Administration e do Smithsonian Astrophysical Observatory.

Eleonora Troja recebe financiamento do European Research Council.