As explosões mais poderosas do universo emitem muito mais energia do que qualquer um pensava

Uma imagem da explosão de raios gama GRB 190114C com base em dados coletados pela NASA

Uma imagem da explosão de raios gama GRB 190114C com base em dados coletados pelo telescópio espacial Hubble da NASA em 11 de fevereiro e 12 de março de 2019. (Crédito da imagem: NASA, ESA e V. Acciari et al. 2019)

Explosões de raios gama, os tipos mais poderosos de explosão conhecidos no universo, podem gerar feixes de luz ainda mais energéticos do que os astrônomos imaginavam, de acordo com um conjunto de novos estudos.

A nova pesquisa sugere que os cientistas podem ter perdido cerca de metade da energia que rajadas de raios gama produzir e oferece uma explicação possível de como essa luz atinge níveis de energia tão elevados. Essas descobertas lançam luz sobre como essas explosões extraordinárias acontecem e como elas podem remodelar o universo, disseram os pesquisadores.



Uma explosão de raios gama emite tanta energia em milissegundos a minutos quanto se espera que o sol emita durante toda a sua vida de 10 bilhões de anos. Pesquisas anteriores sugeriram que a morte de estrelas gigantes ou a fusão de estrelas de nêutrons ou buracos negros desencadeiam essas explosões.

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Tal espetáculo começa com um flash brilhante de raios gama, a forma de luz de maior energia . Em seguida, vem um brilho residual de todos os diferentes tipos de luz, que pode durar meses ou até anos.

Pesquisas anteriores sugeriram que as explosões de raios gama podem gerar raios gama extraordinariamente fortes. Mas os cientistas não foram capazes de detectar essa luz energética - fótons com energias superiores a 100 bilhões de elétron-volts.

Para efeito de comparação, isso é cerca de '100 bilhões de vezes mais energético do que a luz ótica à qual nossos olhos são sensíveis, ou cerca de 100 milhões de vezes mais energético do que os fótons de raios-X, aqueles usados ​​quando obtemos um raio-X de nossos ossos', Edna Ruiz Velasco, astrofísico do Instituto Max Planck de Física Nuclear em Heidelberg, Alemanha, disse ao Space.com. Ela é co-autora de um do três estudos sobre explosões de raios gama na edição de 21 de novembro da revista Nature.

Agora, pela primeira vez, os pesquisadores detectaram essa luz de ultra-alta energia de rajadas de raios gama. Os cientistas analisaram duas explosões de raios gama detectadas pelo Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA e Observatório Swift da NASA . Uma explosão, conhecida como GRB 180720B, foi vista em julho de 2018 a cerca de 7 bilhões de anos-luz da Terra; o outro, GRB 190114C, foi localizado em janeiro de 2019 a cerca de 4,5 bilhões de anos-luz de distância.

Após cada detecção, outros instrumentos se voltaram para observar as explosões e, em ambos os casos, viram raios gama incrivelmente energéticos. Depois do GRB 180720B, o conjunto de telescópios do Sistema Estereoscópico de Alta Energia na Namíbia detectou raios gama com energias entre 100 bilhões e 440 bilhões de elétron-volts. Depois do GRB 190114C, dois telescópios em La Palma, Espanha, administrados pela colaboração Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC), detectaram raios gama com energias variando de 200 bilhões a 1 trilhão de elétron-volts.

Interpretação de um artista do Observatório Principal Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) medindo a energia da luz emitida por uma explosão de raios gama em 14 de janeiro de 2019.

Interpretação de um artista do Observatório Principal Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) medindo a energia da luz emitida por uma explosão de raios gama em 14 de janeiro de 2019.(Crédito da imagem: NASA / Fermi e Aurore Simonnet, Sonoma State University)

Depois de perceber como essa explosão de 2019 foi enérgica, os pesquisadores recrutaram mais de duas dúzias de observatórios no solo e no espaço para se juntarem ao MAGIC para observar o evento. Os cientistas usaram esses dados para analisar as energias e os comprimentos de onda da radiação em detalhes para aprender mais sobre suas origens.

Os pesquisadores que fizeram essas detecções acreditam que as observações sugerem que, até agora, os cientistas podem ter falhado em ver metade da energia que as explosões de raios gama podem emitir. 'Nossas medições mostram que a energia liberada em raios gama de altíssima energia é comparável à quantidade irradiada em todas as energias mais baixas tomadas em conjunto', co-autor do estudo Konstancja Satalecka, astrofísico do Síncrotron Eletrônico Alemão em Hamburgo, disse em um comunicado daquela instalação . 'Isso é notável!'

Trabalhos anteriores sugeriram que a maioria dos raios gama nessas explosões são emitidos por elétrons espiralando através de poderosos campos magnéticos quase à velocidade da luz. Mas os autores da nova pesquisa acreditam que um mecanismo diferente está alimentando os raios gama de ultra-alta energia produzidos nos dois eventos recentes.

Com base em sua análise dessa luz, os cientistas sugeriram que a luz mais energética das explosões de raios gama provavelmente resulta de fótons colidindo com os elétrons de mais alta energia das explosões. Em essência, os fótons e elétrons apertam as mãos e trocam suas energias - os fótons recebem energia muito alta e os elétrons perdem a energia ', Razmik Mirzoyan, astrofísico do Instituto de Física Max Planck em Munique, co-autor de dois dos novos jornais e um porta-voz da MAGIC, disseram ao Space.com.

Os cientistas esperam que as pesquisas futuras continuem a detectar raios gama de ultra-alta energia a partir de explosões de raios gama, agora que os astrônomos sabem o que procurar. Esses dados ajudarão os cientistas a entender melhor a 'física das explosões de raios gama e suas interações com o ambiente', disse Mirzoyan.

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