O enigma dos transientes rápidos de raios X (FXTs)
Jatos que não conseguem atravessar a “casca” externa de uma estrela em seus momentos finais parecem estar por trás de flashes de raios X que intrigam astrónomos há décadas.
Um novo estudo, baseado no acompanhamento de uma estrela a caminho de morrer como supernova, indica que as explosões de radiação X chamadas transientes rápidos de raios X (FXTs) surgem quando acontece uma explosão de raios gama (GRB) fracassada - as explosões mais energéticas que o Universo é capaz de produzir.
"Desde a década de 1970, astrónomos detetam FXTs - rajadas de raios X de galáxias distantes que podem durar de segundos a horas", diz a astrónoma Jillian Rastinejad, da Universidade Northwestern, nos EUA.
"Mas as suas origens permaneceram um mistério persistente. O nosso trabalho mostra de forma definitiva que os FXTs podem surgir da morte explosiva de uma estrela massiva. Ele também apoia uma ligação causal entre supernovas associadas a GRBs e supernovas associadas a FXTs, em que os GRBs são produzidos por jatos bem-sucedidos, e os FXTs são produzidos por jatos fracos presos", acrescenta.
Como jatos em supernovas geram GRBs - e como podem falhar
Uma supernova não é um evento único e instantâneo. Antes do colapso final do núcleo estelar e da expulsão para fora do material ao redor, há um período prolongado de instabilidade, durante o qual a estrela vai perdendo as suas camadas externas.
Quando, por fim, o momento da supernova chega, jatos disparam para fora a partir do núcleo em colapso, rompem as camadas externas e escapam para o espaço interestelar.
São esses jatos que originam os GRBs, fazendo com que o material em torno da estrela brilhe intensamente, ao ser chocado por fluxos extremamente potentes.
EP 250108a e a supernova SN 2025kg (“The Kangaroo”)
A deteção de um evento em 8 de janeiro de 2025 acabou sendo particularmente valiosa para entender como esse tipo de explosão pode “dar errado”. Um telescópio de raios X a bordo da Sonda Einstein (Einstein Probe) registou um FXT vindo de cerca de 2,8 bilhões de anos-luz de distância.
Assim que o sinal foi identificado, cientistas mobilizaram uma série de telescópios para aproveitar a oportunidade e observar o fenómeno em vários comprimentos de onda.
"É importante notar que apenas os dados de raios X não conseguem dizer qual fenómeno criou um FXT", explica Rastinejad. "Observações rápidas do local do FXT nas bandas óptica e infravermelha são essenciais para identificar o que fica depois de um FXT e reunir pistas sobre a sua origem."
O FXT recebeu o nome EP 250108a e, à medida que o conjunto de dados foi crescendo nas semanas seguintes, ficou claro que ele estava associado a uma supernova chamada SN 2025kg - carinhosamente apelidada de The Kangaroo.
Os investigadores determinaram que se tratava de um tipo especialmente raro e energético: uma supernova Tipo Ic-BL, resultante do colapso do núcleo de uma estrela massiva com entre 15 e 30 vezes a massa do Sol.
As medições também mostraram que a ejeção de material foi lançada para fora a alta velocidade, deslocando-se a quase 19.000 quilómetros (aprox. 11.800 milhas) por segundo.
Supernovas desse tipo costumam estar na origem de GRBs - e foi exatamente esse o contexto em que a equipa interpretou o caso.
"Esta supernova associada a FXT é quase uma gémea de supernovas anteriores que vieram após GRBs", diz o astrofísico Rob Eyles-Ferris, da Universidade de Leicester, no Reino Unido. "As nossas observações das fases iniciais da evolução de EP 250108a mostram que as explosões de estrelas massivas podem produzir ambos os fenómenos."
Jatos presos, taxa de falha de GRBs e o que ainda falta explicar
A análise da equipa indicou que, em vez de perfurar as camadas de material estelar ejetado como acontece num GRB, os jatos que emergiram do núcleo dessa estrela em morte ficaram presos dentro da concha de ejecta. Mesmo retido, esse jato ainda é capaz de chocar e aquecer o “casulo” ao seu redor - só que não ao nível necessário para gerar um GRB.
Embora os GRBs já tenham sido observados e estudados com bastante detalhe, ainda se sabe pouco sobre como eles falham. A descoberta de EP 250108a e SN 2025kg forneceu aos astrónomos as evidências necessárias para estimar que, na prática, a taxa de falha de GRBs é maior do que a de sucesso.
"Ao longo de décadas de estudo científico, sabemos que jatos podem abrir caminho com sucesso através das camadas externas de uma estrela moribunda, e nós os vemos como GRBs", afirma Rastinejad. "No nosso estudo, descobrimos que esse resultado de jato 'preso' é mais comum em explosões de estrelas massivas do que jatos que conseguem emergir da estrela."
Isso é empolgante porque abre uma nova forma de investigar explosões de supernovas. Ainda que agora se saiba um pouco mais sobre FXTs, os detalhes sobre como eles se formam - e sobre o que faz uma estrela produzir um FXT em vez de um GRB - ainda precisam ser esclarecidos.
"Esta descoberta anuncia uma compreensão mais ampla da diversidade nas mortes de estrelas massivas e a necessidade de investigações mais profundas sobre todo o panorama da evolução estelar", diz Eyles-Ferris.
As análises foram descritas em dois artigos aceitos nas Cartas do Jornal Astrofísico e disponíveis no arXiv. Eles podem ser encontrados aqui e aqui.
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