A explosão de uma estrela, ao pormenor

Gamma-ray bursts
Explosão de raios gama
13 Abril 2009

O satélite Integral capturou uma das explosões de raios gama mais brilhantes que alguma vez foi observada. Uma rigorosa análise dos dados permitiu aos astrónomos investigar as fases iniciais desta explosão estelar gigante, que provocou a expulsão de matéria a velocidades próximas da da luz. Em particular, os astrónomos crêem que a explosão arrastou parte do campo magnético do motor central em direcção ao espaço.

A 19 de Dezembro de 2004, uma onda de expansão decorrente da explosão de uma estrela chegou à Terra. O satélite Integral, da ESA, um observatório orbital de raios gama, gravou todo o evento, fornecendo informação do que poderia ser uma das explosões de raios gama (GRB, sigla em inglês), registadas, mais importantes dos últimos anos. À medida que se gravavam os dados, os astrónomos puderam ver o brilho intenso da explosão de 500 segundos de duração.

«Faz parte do 1% das explosões mais brilhantes, observadas», nota Diego Götz, CEA de Saclay, França, responsável pela investigação.

O brilho deste evento, conhecido como GRB 041219ª, permitiu à equipa desenvolver uma investigação meticulosa para analisar uma propriedade conhecida como a polarização dos raios gama. A equipa demonstrou que os raios gama estavam altamente polarizados e que variavam fortemente em nível e orientação.

Centre of a collapsing star
O centro de uma estrela a colapsar

A polarização refere-se à direcção preferencial em que oscila a onda de radiação. Os óculos de sol polarizados funcionam com a luz visível, deixando passar apenas uma direcção de polarização, o que evita que a maior parte da luz chegue até aos nossos olhos. Acredita-se que a onda de expansão da GRB é produzida por um jacto de gas a grande velocidade, escapando das vizinhanças do motor central; provavelmente um buraco negro criado pelo colapso da estrela maciça.

A polarização está directamente relacionada com a estrutura do campo magnético do jacto. Desta forma, este é um dos melhores métodos utilizado pelos astrónomos para investigar a forma como o motor central produz o jacto. Pode ocorrer de formas distintas.

Num primeiro cenário, o jacto arrastra uma porção do campo magnético do motor central em direcção ao espaço. O segundo, propõe que seja o próprio jacto a gerar o campo magnético, longe do motor central. Um terceiro cenário prevê o caso extremo em que o jacto não contém gás, mas simplemente energia magnética. Há ainda um y quarto cenário segundo o qual o jacto move-se através de um campo de radiação existente.

Integral, artist’s impression
Integral, visão de um artista

Em cada uno dos três primeiros cenários, a polarização é gerada pelo que se conhece como radiaçãon sincrotrão. O campo magnético capta partículas, conhecidas como electrões, e força-as a girar em espiral, libertando radiação polarizada. No quarto cenário, a polarização é imposta pelas interacções entre os electrões do jacto e os fotões do campo de radiação externo.

Götz acredita que os resultados obtidos pelo satélite Integral favorecem o modelo do sincrotrão e, de estes três, o cenário mais provável será o primeiro, no qual o jacto arrasta parte do campo magnético do motor central para o espaço. “É a única forma simples de o fazer”, acrescenta.

O principal interesse de Götz seria poder medir a polarização de cada GRB, para ver se o mesmo mecanismo á aplicável em todos os casos. Infelizmente, muitas GRBs são demasiado fracas para ser detectadas pelos instrumentos actuais. O instrumento de alta tecnología IBIS, a bordo do Integral só pode medir a polarização dos raios gama se a fonte celeste for tão brilhante como a GRB 041219A.

“Por agora só nos resta esperar a próxima grande explosão”, conclui.

Nota para os editores:

Os membros da equipa fazem parte do Commissariat à l’énergie atomique (Astrophysique Interactions Multi-‘echelles, Astroparticules et Cosmologie) e do Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS), ambos sedeados em França.

El artígo “Variable Polarization in the prompt emission of GRB 041219A using IBIS on board Integral”, de Diego Götz et al. será publicado em Astropysical Journal Letters.

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