Como esta colisão entre estrelas de nêutrons impactou a história da astronomia?

Em outubro de 2017, os astrônomos anunciaram algo histórico: a primeira detecção de uma colisão entre duas estrelas de nêutrons. O evento de apenas 100 segundos de duração criou algo conhecido como kilonova, mas talvez ainda não se tenha a devida compreensão do impacto que esse registro teve na astronomia.

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As estrelas de nêutrons são o resultado do colapso de estrelas massivas, quando estas encerram seus ciclos de fusão nuclear. Para que uma estrela "morta" se torne uma estrela de nêutrons, ela deve ter entre 10 e 29 massas solares. Se este requisito for atendido, o resultado do colapso será um dos objetos mais densos que se conhece — com 10 km de diâmetro, quilômetros, eles podem ter duas vezes a massa do Sol. E, às vezes, elas colidem entre si, sacudindo as estruturas do espaço-tempo.

Gostem ou não, Einstein estava certo outra vez

Quando objetos muito massivos (como estrelas de nêutrons, ou mesmo buracos negros) colidem entre si, deixam uma marca conhecida como ondas gravitacionais, um fenômeno previsto pela Relatividade Geral de Einstein e detectado pela primeira vez em 2016.

Essas ondas no espaço são semelhantes às ondulações no ar geradas pelo impacto de um martelo em uma superfície, criando aquilo que chamamos "som". Não podemos ouvir as ondas gravitacinais, mas podemos detectá-las através de instrumentos como o LIGO e o Virgo.

Foi através de ondas gravitacionais que os cientistas detectaram a kilonova em 2017, e também foi com elas que eles recriaram o "som" da colisão. O evento foi designado GW170817 e trouxe não apenas mais uma confirmação das teorias de Einstein, como também demonstrou que as previsões teóricas sobre o papel das estrelas de nêutrons no universo estavam corretas.

Contudo, também houve mistérios para serem resolvidos, como a misteriosa emissão de raios gama. É que a colisão continuou irradiando raios-X por muito mais tempo que os modelos atuais previam. Os cientistas acompanharam o evento desde a detecção das ondas gravitacionais, confusos com esse comportamento inesperado.  

Por outro lado, os raios gama tiveram um papel importante para que essa kilonova fosse importante para as ideias de Einstein. Isso porque a radiação foi descoberta, através de um alerta automático do telescópio Fermi, apenas 14 segundos após a detecção das ondas gravitacionais. Isso só seria possível caso ambos os sinais — as ondas gravitacionais e as ondas eletromagnéticas — viajassem praticamente à mesma velocidade.

Quando os cientistas terminaram de analisar essas detecções, concluindo que a diferença de apenas 14 segundos confirma a Relatividade Geral, diversas outras ideias que tentam modificar a teoria de Einstein puderam ser eliminadas. Essas propostas de alteração na teoria gravitacional atualmente aceita surgem com frequência, pois os físicos teóricos estão buscando um modo de conciliar a física com a mecânica quântica. Não foi dessa vez que encontraram uma brecha para isso.

Espalhando metais preciosos no cosmos

Outra consequência das colisões entre estrelas de nêutrons é o material que elas espalham pelo universo. Como o nome sugere, esses objetos são feitos de nêutrons, um dos dois componentes dos núcleos atômicos. Quando essas partículas voam e se recombinam com a energia das kilonovas, novos elementos pesados são criados, incluindo ouro, prata e xenônio.

Se você estiver se perguntando quantos quilos ou toneladas a kilonova detectada em 2017 produziu, aqui está a resposta: sozinha, ela formou mais de 100 Terras em metais preciosos sólidos e puros. Isso confirma o modelo de evolução das estrelas e os elementos que elas geram em cada um de seus estágios. 

Em outras palavras, todo o ouro e prata em nosso planeta foi forjado há muitos bilhões de anos, antes do nascimento do nosso Sol, quando duas estrelas de nêutrons anônimas colidiram. O material espalhado pela kilonova foi parar em alguma nuvem densa de gás e poeira que começou a colapsar para formar uma protoestrela. Por isso, todos esses elementos estavam presentes no disco protoplanetário onde a Terra nasceu.

Por todas essas razões, a kilonova de 2017 foi tão importante para a comunidade científica, levando inúmeros telescópios, antenas e observatórios espaciais a apontar para o evento GW170817. Cerca de um terço de toda a comunidade ao redor do planeta participou da empreitada que resultou em mais de 100 artigos sobre o assunto publicados só nos dois primeiros meses.

Ao todo, 70 observatórios, nos 7 continentes e no espaço, observou o evento em todo o espectro eletromagnético. A descoberta e observações subsequentes garantiu o prêmio Breakthrough of the Year em 2017 da revista Science. 

Fonte: Space.com, AAAS