Explosão de raios gama escura GRB020819. Crédito da imagem: Keck. Clique para ampliar.
Praticamente tudo o que sabemos sobre o Universo chega até nós através da ação da luz. Ao contrário da matéria, a luz é especialmente adequada para percorrer as vastas distâncias através do espaço até nossos instrumentos. A maioria dos fenômenos astronômicos, no entanto, é persistente e repetível - podemos confiar neles para “ficar por aqui” para observação a longo prazo ou “voltar ao redor” regularmente. Mas isso não é verdade para as explosões de raios gama (GRB's) - aqueles eventos cosmológicos misteriosos que sobrecarregam os fótons (e partículas subatômicas) com níveis de energia absurdamente altos.
O primeiro GRB celeste detectado ocorreu durante o monitoramento do tratado de armas nucleares em 1967. Esse evento exigiu anos de análise antes que sua origem extraterrestre fosse confirmada. Após essa descoberta, métodos primitivos de triangulação foram implementados usando detectores localizados em várias sondas espaciais na Rede Interplanetária (IPN). Tais métodos exigiram uma grande quantidade de trituração de números e impossibilitaram o acompanhamento instantâneo usando instrumentos baseados na Terra. Apesar dos atrasos envolvidos, centenas de fontes de raios gama foram catalogadas. Hoje - mesmo usando a Internet - ainda seria necessário vários dias para responder usando uma abordagem de detecção do tipo IPN.
Tudo isso começou a mudar em 1991, quando a NASA colocou o Observatório Compton Gamma Ray (CGRO) no espaço usando o ônibus espacial Atlantis como parte do programa "Grandes Observatórios". Quatro meses após a varredura do céu, o CGRO deixou claro para os astrônomos que o Universo era submetido a paroxismos de raios gama esporádicos e amplamente distribuídos quase diariamente - paroxismos causados por eventos cataclísmicos que lançam grandes quantidades de gama e outras radiações de alta energia em todo o mundo. abismo do espaço-tempo.
Mas o CGRO tinha uma limitação principal - embora pudesse detectar raios gama e alertar os astrônomos rapidamente, não era particularmente preciso o local onde esses eventos aconteciam no espaço. Devido a esse grande "círculo de erros", os astrônomos não conseguiram localizar a luz visível "pós-brilho" de tais eventos. Apesar dessa limitação, o CGRO detectou centenas de fontes de raios gama contínuas, periódicas e episódicas - incluindo supernovas, pulsares, buracos negros, quasares e até a própria Terra! Enquanto isso, o CGRO também descobriu algo inesperado - certos pulsares agiam como transmissores de banda estreita de raios gama sem acompanhar a luz visível - e aí estava o primeiro sentido do astrônomo de GRBs "escuros".
Hoje sabemos que os "pulsares escuros" não são as únicas fontes "escuras" de raios gama no Universo. Os astrônomos determinaram que uma pequena porção de GRBs episódicos (únicos) também tem pouca luz visível e eles - como qualquer pessoa que agrada o incomum e o inexplicável - querem saber o porquê. De fato, os GRBs são tão únicos que os aficionados podem ser ouvidos dizendo: "Quando você vê um GRB, vê um GRB".
O primeiro satélite a simplificar a detecção óptica de pós-refluxo GRB foi o BeppoSAX. Desenvolvido pela Agência Espacial Italiana em meados dos anos 90, o BeppoSAX foi lançado em 30 de abril de 1996 em Cape Canaveral e continuou a detectar e identificar fontes de emissão de raios-X até 2002. O círculo de erros do BeppoSax era pequeno o suficiente para permitir que os astrônomos ópticos localizassem rapidamente muitos GRB afterglows para estudo detalhado em luz visível usando instrumentos terrestres.
O BeppoSAX voltou a entrar na atmosfera da Terra em 29 de abril de 2003, mas a essa altura a substituição da NASA (HETE-2, o High Energy Transient Explorer-2) já estava há vários anos na estação em órbita baixa da Terra. Os instrumentos do HETE-2 (sua primeira encarnação HETE não se separou do terceiro estágio de seu foguete Pegasus em 1996) expandiram o alcance da detecção de raios-X e forneceram círculos de erro ainda mais apertados - exatamente o que os astrônomos precisavam para melhorar seu tempo de resposta. localizando arrebol da GRB.
Dois anos e alguns meses depois (segunda-feira, 19 de agosto de 2002), o HETE-2 disparou os sinos e assobios quando uma forte fonte de raios gama foi detectada em algum lugar perto da cabeça da constelação de Peixes, os peixes. Esse evento (designado GRB 020819) fez com que uma série de observatórios astronômicos começasse a capturar fótons de radiofrequência, infravermelho próximo e luz visível, em um esforço para determinar exatamente onde o evento ocorreu e ajudar a entender o fenômeno que o conduz.
De acordo com o artigo “The Radio Afterglow e Host Galaxy of the Dark GRB 020819” publicado em 2 de maio de 2005 por uma equipe internacional de pesquisadores (incluindo Pall Jakobsson, do Niels Bohr Institute, Copenhague, Dinamarca, que revisou este artigo), dentro de 4 horas detecção O telescópio de 1 metro Siding Spring Observatory (SSO) na Austrália foi transformado em uma região do espaço menor que 1/7 do diâmetro aparente da Lua. 13 horas depois, um segundo instrumento ligeiramente maior - a unidade P60 de 1,5 metro no Monte. Palomar - também se juntou à perseguição. Nenhum dos instrumentos - apesar de capturar luz tão fraca quanto a magnitude 22 - captou algo incomum para aquela região do espaço. No entanto, uma galáxia espiral barrada de face grande e extremamente fotogênica, de magnitude 19,5, caiu muito bem ao alcance de seus instrumentos.
Quinze dias depois, o instrumento Keck ESI de 10 metros em Mauna Kea, no Havaí, fotografou a mesma região em luz azul e vermelha até magnitude 26,9. A essa profundidade óptica, um "blob" de magnitude 24 distinto (suspeito de ser uma região de formação de estrelas HII) podia ser visto 3 segundos de arco ao norte da galáxia espiral. Uma tentativa final de detectar mais alguma coisa foi feita em 1º de janeiro de 2003 - novamente usando o medidor Keck 10. Nenhuma mudança foi observada na luz óptica que emana da região de GRB 020819. Tudo isso confirmou que nenhum brilho posterior visível acompanhou a explosão de raios gama detectada pelo HETE-2 cerca de 134 dias antes. A equipe de investigação teve o seu "explosivo de raios gama escuro". Mais tarde viria a tarefa de descobrir exatamente o que diabos era - ou pelo menos não era ...
Periodicamente, durante todo o ciclo de inspeção óptica e de infravermelho próximo, a região do surto era monitorada em frequências de ondas de rádio. Usando o VLA (Very Large Array - consistindo de 27 pratos configurados em Y de 25 metros, localizados a 80 quilômetros a oeste de Socorro, Novo México), a equipe conseguiu capturar uma trilha minguante de radiação de 8,48 Ghz e identificou seu local.
As primeiras ondas de rádio do GRB 020819 foram coletadas 1,75 dias após o alerta HETE-2. No dia 157, os níveis de energia de RF se achataram ao ponto em que a fonte não podia mais ser vista com confiança. No entanto, a essa altura, sua localização havia sido apontada para o "blob" três segundos de arco ao norte do núcleo da galáxia espiral anteriormente desconhecida. Infelizmente - devido ao seu desmaio - a distância da bolha em si não pôde ser determinada espectrograficamente - no entanto, a galáxia ficou a 6,2 BLY de distância e goza de "alta confiança" em termos de relacionamento com a fonte.
Como resultado de tais investigações, os astrônomos agora estão aprendendo cada vez mais sobre uma classe de eventos cataclísmicos que resulta em fluxos maciços de fótons de alta e baixa energia, pulando quase completamente as frequências intermediárias - como ultravioleta, visível e infravermelho próximo da luz. Existe algo que possa explicar isso?
Com base no aprendizado do GRB 020819, a equipe explorou três modelos de choque de bola de fogo sobre como os GRBs escuros podem ocorrer. Dos três (uma expansão uniforme de gases de alta energia em um meio homogêneo, uma expansão uniforme em um meio estratificado e um jato colimado que penetra nos dois tipos de meio), o melhor ajuste contra os comportamentos GRB 020819 foi o de uma expansão uniforme de gases de alta energia em um meio homogêneo de outros gases (um modelo proposto pela primeira vez pelo astrofísico R. Sari et al em 1998). A virtude desse modelo de expansão isotrópica é (nas palavras da equipe de investigação) que "apenas uma pequena quantidade de extinção deve ser invocada" para explicar a ausência de luz visível.
Além de restringir a variedade de cenários possíveis associados aos GRBs escuros, a equipe concluiu que “GRB 020819, uma explosão relativamente próxima, é apenas um dos dois dos 14 GRBs localizados em (2 minutos de arco usando) HETE-2 que faz não tem um OA relatado. Isso apóia a proposição recente de que a fração de explosão escura é muito menor do que o sugerido anteriormente, talvez tão pequeno quanto 10%. ”
Escrito por Jeff Barbour
