O enigma dos transientes rápidos de raios X (FXTs)
Jactos que não conseguem atravessar a camada externa de uma estrela moribunda parecem estar na origem de enigmáticos clarões de raios X que intrigam os astrónomos há décadas.
Um novo estudo sobre uma estrela a viver os momentos de agonia que antecedem uma morte por supernova indica que as explosões de radiação X conhecidas como transientes rápidos de raios X (FXTs) resultam de uma explosão de raios gama (GRB) falhada - as manifestações explosivas mais energéticas que o Universo consegue produzir.
"Desde a década de 1970, os astrónomos têm detectado FXTs - explosões de raios X vindas de galáxias distantes que podem durar de segundos a horas", afirma a astrónoma Jillian Rastinejad, da Universidade do Noroeste, nos EUA.
"Mas as suas fontes mantiveram-se um mistério de longa data. O nosso trabalho mostra de forma definitiva que os FXTs podem ter origem na morte explosiva de uma estrela massiva. Além disso, sustenta uma ligação causal entre supernovas com GRB e supernovas com FXT, em que os GRBs são produzidos por jactos bem-sucedidos e os FXTs são produzidos por jactos fracos presos."
Como uma supernova prepara o terreno para jactos e explosões
Uma supernova não é um acontecimento único e instantâneo: antes do colapso final do núcleo estelar e da expulsão para o exterior do material que o rodeia, há um período prolongado de instabilidade durante o qual a estrela vai desprendendo as suas camadas mais externas. Quando, por fim, o processo atinge o ponto de supernova, formam-se jactos que disparam a partir do núcleo em colapso, tentando abrir caminho pelas camadas exteriores e projectar-se para o espaço interestelar.
Quando esses jactos conseguem romper a envolvente, dão origem aos GRBs, fazendo com que o material em redor da estrela brilhe intensamente, à medida que é chocado pelos escoamentos extremamente energéticos.
EP 250108a e a supernova SN 2025kg ("O Canguru")
A detecção de um evento a 8 de Janeiro de 2025 acabou por ser particularmente valiosa para perceber como estas explosões energéticas podem correr mal. Um telescópio de raios X a bordo da sonda Einstein Probe captou um FXT a cerca de 2,8 mil milhões de anos-luz de distância.
Perante a raridade da oportunidade, equipas científicas avançaram de imediato para observar o fenómeno com vários telescópios, registando-o em múltiplos comprimentos de onda, de modo a decifrar a natureza do clarão.
"É importante notar que os dados de raios X, por si só, não nos conseguem dizer que fenómeno criou um FXT", explica Rastinejad. "Observações rápidas da posição do FXT em comprimentos de onda ópticos e infravermelhos são essenciais para identificar o que fica após um FXT e reunir pistas sobre a sua origem."
O FXT recebeu o nome EP 250108a e, à medida que o conjunto de dados foi evoluindo ao longo das semanas seguintes, tornou-se claro que estava associado a um evento de supernova designado SN 2025kg - carinhosamente apelidado de "O Canguru".
A equipa concluiu que a supernova pertencia a uma classe especialmente rara e energética, conhecida como supernova do Tipo Ic-BL, gerada pelo colapso do núcleo de uma estrela massiva com entre 15 e 30 vezes a massa do Sol.
As observações mostraram ainda uma expulsão de material (ejecta) a grande velocidade, com valores próximos de 19 000 quilómetros (cerca de 11 800 milhas) por segundo.
Este tipo de supernova é, em geral, associado à origem de GRBs - e foi precisamente esse o contexto que os investigadores consideraram.
"Esta supernova com FXT é quase uma gémea de supernovas anteriores que se seguiram a GRBs", diz o astrofísico Rob Eyles-Ferris, da Universidade de Leicester, no Reino Unido. "As nossas observações das fases iniciais da evolução do EP 250108a mostram que as explosões de estrelas massivas podem produzir ambos os fenómenos."
Porque é que estes jactos não geraram um GRB
A análise do grupo indicou que, em vez de atravessarem as camadas de material estelar ejectado - como acontece num GRB - os jactos que emergiram do núcleo desta estrela em colapso ficaram presos dentro do invólucro de ejecta. Mesmo aprisionado, o jacto continua a chocar e a aquecer o "casulo" à sua volta, mas sem atingir os níveis de energia característicos de um GRB.
Embora os GRBs já tenham sido observados e estudados com bastante detalhe, continua a saber-se pouco sobre a forma como podem falhar. A identificação do par EP 250108a e SN 2025kg deu aos astrónomos a evidência necessária para estimarem que, na verdade, a taxa de falha dos GRBs é superior à de sucesso.
"Ao longo de décadas de estudo científico, sabemos que os jactos podem abrir caminho com sucesso através das camadas externas de uma estrela moribunda, e observamo-los como GRBs", afirma Rastinejad. "No nosso estudo, descobrimos que este desfecho de jacto 'preso' é mais comum nas explosões de estrelas massivas do que jactos que conseguem emergir da estrela."
Isto é particularmente entusiasmante porque oferece uma nova forma de sondar explosões de supernova. Apesar de agora se saber um pouco mais sobre os FXTs, ainda falta compreender em detalhe como se formam e o que leva uma estrela a produzir um FXT, em vez de um GRB.
"Esta descoberta anuncia uma compreensão mais ampla da diversidade nas mortes de estrelas massivas e a necessidade de investigações mais profundas sobre todo o panorama da evolução estelar", afirma Eyles-Ferris.
As análises foram descritas em dois artigos aceites nas Cartas do Jornal Astrofísico e disponíveis no arXiv. Podem ser consultados aqui e aqui.
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