Cientistas podem ter descoberto a causa da maior explosão cósmica já vista

Depois do Big Bang, as explosões de raios gama (GRB, na sigla em inglês) são os eventos mais luminosos e energéticos do Universo. Elas acontecem com frequência e estão associadas ao nascimento de buracos negros. Detectá-los é uma tarefa complexa – e que pode bagunçar alguns computadores.

Foi o que aconteceu em 9 de outubro de 2022, quando a explosão de raios gama mais brilhante já vista cegou todos os detectores de alta energia do espaço. O evento rapidamente ganhou o apelido de BOAT: The Brightest of All Times (A Mais Brilhante de Todos os Tempos), já que ela conseguiu ser mais intensa do que os aparelhos haviam sido projetados para detectar.

Wen-fai Fong, professor de física e astronomia e um dos descobridores do BOAT, explica que ela foi pelo menos dez vezes mais brilhante do que qualquer outra explosão de raios gama já detectada. Agora, cientistas da Nasa publicaram uma análise do que ocorreu logo depois dos primeiros cinco minutos, quando os equipamentos começaram a voltar ao normal depois dos registros intensos e cegantes. O estudo foi publicado no dia 25 de julho na revista Science. 

Mas a primeira pergunta é: de onde o BOAT surgiu?

Como se formam explosões de raios gama

No caso do BOAT, seu surgimento provavelmente rolou como resultado da morte de uma estrela massiva (cuja massa é superior à de oito sóis). Depois de milhões de anos queimando hidrogênio, o combustível da estrela acabou. Ela colapsou – e um buraco negro nasceu em seu centro.

Acontece que, em alguns casos, a matéria que gira na direção ao buraco negro pode dar origem a dois jatos que são lançados para fora a uma velocidade próxima à da luz. Os jatos abriram caminho para fora da estrela e seguiram espaço adentro – causando as explosões de raios gama.

Raios gama, vale lembrar, são a forma de luz com mais energia que qualquer outra faixa do espectro eletromagnético (do qual fazem parte o rádio, o raio X e a luz visível, por exemplo). No espaço, são produzidos pelos objetos mais quentes e energéticos. Aqui na Terra, dão as caras em eventos como raios e bombas nucleares.

Para se ter uma ideia da dimensão de um GRB, se um deles irrompesse a poucos milhares de anos-luz da Terra, os impactos atmosféricos poderiam acabar com a vida em nosso planeta. Para vê-los, então, só tomando uma distância (bem) segura.

Quando um desses jatos aponta na direção da Terra, conseguimos detectá-los por meio de equipamentos especializados. E esse fenômeno pode ser visto quase todos os dias, mas nunca com a intensidade do BOAT, que ocorreu a cerca de 2,4 milhões de anos-luz de nós.

Como o BOAT foi observado?

Usando o Fermi, telescópio de raios gama da NASA, os cientistas captaram uma característica curiosa na luz (ou “espectro”) do BOAT chamada de “linha de emissão putativa”. Vamos explicar.

Cada cor que enxergamos corresponde a uma onda eletromagnética de um determinado comprimento. Os objetos que nos rodeiam absorvem ondas de alguns comprimentos e refletem os demais. Os refletidos chegam aos olhos e o cérebro os traduz em cores.

Uma bola vermelha, então, reflete as ondas do comprimento referentes ao vermelho – e absorve as outras.

Toda essa interação da luz com a matéria no processo de absorção e reflexão vai desacelerando a onda ao longo de sua trajetória. No caso das explosões de raios gama, isso dá origem a ondas de menor energia, como raios X e ondas de rádio, que demoram mais para desaparecer em comparação com as GRB (que costumam durar apenas alguns segundos ou minutos).

É justamente esse rastro deixado pelas GRBs que os cientistas usam para reconstruir os elementos pelos quais essa luz passou – e, assim, determinar as composições químicas dos objetos com os quais ela interagiu.

Para entender melhor, imagine que você apontou uma lanterna de celular na ponta do seu dedo. Do outro lado, você consegue enxergar uma luz avermelhada e fraca, mas ainda uma luz, certo? É como se, enxergando detalhes apenas desse lado, cientistas pudessem determinar por qual tipo de matéria a luz passou para que ficasse assim.

Troque a luz de lanterna pelo fenômeno luminoso mais potente que se conhece no Universo. E o resultado na sua mão pelos processos de formação do jato de onde vêm os raios gama.

Segundo o estudo, é provável que as GRBs sejam produzidas por elétrons e seus gêmeos de antimatéria, os pósitrons, que colidem e se aniquilam dentro do jato.

Cada colisão dessas partículas produz um par de raios gama, mas também funciona ao contrário: dois raios gama podem colidir para formar um elétron e um pósitron. No ambiente do jato, ambos os processos ocorrem, portanto, há muitas partículas para circular. 

Para que isso explicasse o que o telescópio Fermi viu, os raios gama deveriam ter sido deslocados para energias mais altas devido ao seu movimento. Se a equipe estiver certa, as partículas devem ter viajado a cerca de 99,9% da velocidade da luz antes de se aniquilarem.

“Depois de décadas estudando essas incríveis explosões cósmicas, ainda não entendemos os detalhes de como esses jatos funcionam”, disse Elizabeth Hays, cientista do projeto Fermi no Goddard Space Flight Center da NASA. “Encontrar pistas como essa é incrível.”