Desvendando as misteriosas Kilonovas: Formas inusitadas no espaço profundo
Cientistas utilizaram técnicas avançadas de modelagem por computador para revelar a forma distinta das kilonovas, que são as emissões radiantes que ocorrem após a colisão e fusão de duas estrelas de nêutrons. Para surpresa deles, as simulações da equipe demonstraram que as kilonovas não seguem as formas convencionais de esferas suaves e uniformes ou estruturas achatadas em forma de disco; em vez disso, elas exibem intricadas “manchas” ou “bolhas”.
Stuart Sim, físico da Universidade de Belfast e coautor do estudo, enfatizou a importância dessas descobertas, afirmando que elas representam um avanço significativo na compreensão da dinâmica das fusões de estrelas de nêutrons.
Além do âmbito da astrofísica, o estudo é relevante porque acredita-se que as kilonovas sejam as únicas forjas no universo capazes de sintetizar elementos mais pesados do que o chumbo, incluindo metais preciosos como o ouro. A esperança é que a exploração mais profunda das kilonovas forneça insights sobre esse processo de criação de elementos.
Luke Shingles, autor principal da pesquisa e cientista do Facility for Antiproton and Ion Research, destacou o papel fundamental das kilonovas na formação de elementos pesados, afirmando: “Kilonovas são o resultado luminoso das fusões de estrelas de nêutrons, responsáveis por gerar cerca de metade de todos os núcleos mais pesados do que o ferro. Quase todo o platina e ouro presentes hoje originaram-se dessas fusões celestiais.” Ele ressaltou a importância da observação da estrutura 3D na compreensão do espectro completo de elementos gerados durante esses eventos.
O Laboratório Único das Colisões de Estrelas de Nêutrons
As condições intensas geradas pela colisão de estrelas de nêutrons não são surpreendentes, dado que esses remanescentes estelares consistem no material mais denso conhecido pela humanidade. As estrelas de nêutrons nascem quando estrelas massivas esgotam seu combustível de fusão nuclear em seus núcleos, tornando-as incapazes de resistir ao colapso gravitacional. Isso resulta na ejeção das camadas externas, criando estrelas de nêutrons com uma massa que varia de uma a duas vezes a do sol e um diâmetro de aproximadamente 12 milhas (20 quilômetros).
Essas estrelas de nêutrons são incrivelmente densas, com uma amostra do tamanho de uma colher de chá na Terra pesando cerca de 10 milhões de toneladas, o equivalente a 30 vezes a massa do Empire State Building em Nova York. As fusões de estrelas de nêutrons servem como um laboratório único para explorar fenômenos que não podem ser replicados na Terra, ultrapassando as fronteiras da astrofísica e adentrando em questões fundamentais relacionadas à física de partículas e à cromodinâmica quântica.
Concordância com Observações Reais
A equipe de pesquisa ficou particularmente surpresa com a estreita concordância entre seus modelos gerados por computador e as observações reais de uma kilonova conhecida como AT2017gfo, que foi gerada pela colisão de duas estrelas de nêutrons situadas a cerca de 130 milhões de anos-luz na galáxia NGC 4993.
Segundo Shingles, AT2017gfo foi a escolha mais adequada para comparação devido às suas observações abrangentes e espectros de alta qualidade registrados em intervalos regulares. Embora a natureza “borbulhante” da estrutura simulada da kilonova tenha resultado de física complexa que requer investigação adicional, parece estar relacionada à expulsão de material durante a colisão de estrelas de nêutrons. O material é expelido ao longo do eixo à medida que as duas estrelas de nêutrons se aproximam, interagindo com outras partículas geradas durante a colisão e potencialmente alterando a composição da matéria expelida.
Abundância Inesperada de Elementos
A ausência de elementos pesados, como ouro e platina, nos modelos da equipe surpreendeu os pesquisadores. Sim esclareceu que, embora as simulações tenham revelado uma abundância de elementos “do meio da tabela periódica”, como estrôncio, evidências definitivas dos elementos mais pesados ainda não foram encontradas. É provável que esses elementos pesados estejam presentes, mas seja desafiador identificá-los diretamente nesse contexto específico, um enigma que os pesquisadores pretendem investigar mais a fundo.
Examinando Kilonovas de Diferentes Perspectivas
Em sua simulação, a equipe replicou a colisão de duas estrelas de nêutrons, cada uma com uma massa aproximadamente 1,3 vezes a do sol. Outras simulações com massas de estrelas de nêutrons diferentes e fatores dinâmicos durante as fusões estão atualmente em andamento. O objetivo é acumular um repositório de simulações semelhantes a esta para comparação cruzada e compreender as variações entre as kilonovas observadas em cenários diferentes.
Além disso, espera-se que o modelo 3D criado pelos pesquisadores auxilie os astrônomos na identificação das kilonovas a partir de diversas perspectivas. Sim concluiu que a simulação prevê que as kilonovas podem parecer diferentes dependendo da direção de observação, oferecendo orientação aos observadores e enfatizando a importância de não descartar uma kilonova simplesmente porque difere da aparência de AT2017gfo; ela ainda pode ser uma kilonova digna de estudo. [Space]
