A colisão de duas estrelas mortas deixa astrônomos animados

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Astrônomos anunciaram que viram e ouviram um par de estrelas mortas colidirem, o que lhes deu o primeiro vislumbre de um processo violento pelo qual a maior parte do ouro e da prata do universo foi criada.

A colisão, conhecida como kilonova, chacoalhou a galáxia onde ocorreu, a 130 anos-luz daqui, na constelação sulina de Hydra, e mandou fogos de artifício por todo o universo. Em 17 de agosto, o evento disparou sensores no espaço e na Terra e também produziu um piado alto em antenas projetadas para estudar ondulações do tecido cósmico. Ele fez com que os astrônomos corressem para seus telescópios na esperança de responder um dos mais antigos mistérios do universo. 

Há tempos os astrônomos suspeitam que essas explosões produziram muitos dos elementos mais pesados do universo, entre eles metais preciosos como ouro, prata e urânio. Todos os átomos de sua aliança de casamento, dos tesouros dos faraós e das bombas que destruíram Hiroshima e ainda nos ameaçam, segundo essa história, foram formados pelos shows de gongos cósmicos que reverberaram pelos céus. 

Esse show de gongos aconteceu quando duas estrelas de nêutrons, os núcleos densos encolhidos de estrelas que explodiram e morreram, colidiram quase na velocidade da luz. Essas estrelas eram massas tão grandes quando o sol, espremidas em uma região do tamanho de Manhattan, em Nova York, repleta de campos magnéticos e gravitacionais. 

Ao estudar a bola de fogo criada com essa explosão, os astrônomos concluíram que ela havia criado uma nuvem de poeira dourada com muitas vezes mais massa do que a Terra, confirmando as kilonovas como agentes da antiga alquimia cósmica. 

"Pela primeira vez temos prova", avisa Vicky Kalogera, astrônoma da Universidade Northwestern. 

Ela foi uma dos milhares de astrônomos que relataram seus resultados em um conjunto de conferências acadêmicas e outras que discutiram as notícias em todo o mundo. 

Vários artigos estão sendo publicados, entre eles um do periódico Astrophysical Journal Letters com cerca de quatro mil autores. "Esse artigo quase matou a equipe que o escreveu", conta Kalogera, uma das dez pessoas que trabalharam a redação. 

Mais artigos estão saindo na Nature, no Physical Review Letters e na Science, com temas que vão de física nuclear à cosmologia. 

"É o maior show de fogos de artifício do universo", afirma David Reitze, do Instituto de Tecnologia da Califórnia e diretor executivo do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser, ou Ligo, na sigla em inglês. 

Daniel Holz, astrofísico da Universidade de Chicago e membro da Colaboração Científica do Ligo, um grupo maior que estuda ondas gravitacionais, afirmou:

"Não consigo pensar em uma situação parecida no campo da ciência, no meu período de vida, em que um único evento oferece tantas informações surpreendentes sobre o nosso universo". 

A chave para a descoberta foi a detecção de ondas gravitacionais que emanavam como ondulações em uma lagoa, fazendo vibrar o tecido cósmico da galáxia distante. Há um século Albert Einstein previu que o espaço e o tempo poderiam tremer como um pote de geleia quando coisas maciças como buracos negros se moviam. Mas essas ondas foram finalmente confirmadas apenas em 2016, quando o Ligo gravou o som da colisão de dois buracos negros gigantes, evento que causou tremenda sensação e que acabou levando ao Prêmio Nobel deste ano. 

Para os pesquisadores, esta é, de certa maneira, uma bonança ainda maior do que a descoberta original. É a primeira vez que eles descobrem qualquer coisa que os astrônomos comuns podem ver e estudar. Todas as descobertas anteriores do Ligo envolviam a colisão dos buracos negros, que são distorções vazias do espaço-tempo – não há nada que os olhos ou os telescópios possam ver. 

Mas as estrelas de nêutron são cheias de coisas, matéria embalada com a densidade do Monte Everest em uma colher de chá. Quando as estrelas de nêutron colidem, todo tipo de coisa explode junto: raios gama, raios-X, ondas de rádio. Sempre há alguma coisa para quem possui uma janela para o céu. 

"Alegria para todos", diz David Shoemaker, físico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) que atua como porta-voz da Colaboração Científica do Ligo. 

Corrida ao ouro espacial

Ela começou na manhã de 17 de agosto, no horário da costa leste americana. Shoemaker estava em uma chamada no Skype quando os alarmes soaram. Uma das antenas do Ligo em Hanford, no estado de Washington, havia gravado um sinal auspicioso e mandado um alerta automático. Antenas gêmeas, em Washington e Livingston, na Louisiana, monitoraram a distância entre um par de espelhos para detectar o alongamento submicroscópico e a distorção do espaço causados pela passagem da onda gravitacional. Transformado em som, o sinal de Hanford foi um longo piado de 100 segundos que acabou em um grito repentino de mil ciclos por segundo, duas oitavas acima da nota Dó média. Uma frequência tão alta indicou que o que quer que fosse que estivesse passeando por ali era mais leve do que um buraco negro. 

Ao checar os dados de Livingston para descobrir por que não havia dado o alerta, Shoemaker e seus colegas descobriram uma grande falha obscurecendo parcialmente o mesmo piado. 

Enquanto isso, o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, que orbita a Terra buscando a mais intensa radiação do universo, gravou um breve flash de raios gama apenas dois segundos depois do piado do Ligo. O Fermi enviou seu próprio alerta. A explosão de raios gama durou cerca de dois segundos, o que a colocou em uma categoria de explosão curta de raios gama, que os astrônomos suspeitam ser o resultado da colisão de estrelas de nêutron. 

"Quando vimos aquilo, o nível de adrenalina subiu", conta Shoemaker. 

Por sorte, a antena europeia Virgo havia se unido à rede de ondas gravitacionais apenas duas semanas antes, e ela também mostrou um piado fraco no mesmo momento. O fato de ser tão fraco permitiu ao grupo localizar o sinal em uma pequena região do céu na constelação de Hydra que estava no ponto cego de Virgo. 

A caçada estava em curso. Naquela hora, Hydra estava nos céus do sul. Levaria 11 horas até que os astrônomos do Chile pudessem assumir a perseguição. 

Um deles foi Ryan Foley, que estava trabalhando com uma equipe do telescópio Swope, administrado pela Instituição Carnegie em Cerro Las Campanas, no Chile. Sua equipe fez uma lista das maiores galáxias daquela região e começou a fotografar todas sistematicamente. 

A bola de fogo apareceu na nona galáxia fotografada, como um novo ponto azulado de luz na região externa da NGC 4993, um redemoinho de estrelas a cerca de 130 milhões de anos-luz daqui.

"Esses são os primeiros fótons ópticos de uma kilonova que a humanidade já coletou", garantiu Foley. 

Nove dias depois, o observatório orbital de Raios-X Chandra detectou esses raios vindos do local da explosão, e uma semana mais tarde o Very Large Array, no Novo México, gravou emissões de rádio. Naquele momento, a bola de fogo já havia se transformado de azul para vermelha. 

A partir de tudo isso, os cientistas começaram a montar uma possível história do que aconteceu na galáxia NGC 4993.  

"Na verdade, é surpreendente conseguimos antecipar muito bem o que estamos vendo", afirmou Brian David Metzger, teórico da Universidade de Colúmbia que criou o termo kilonova em 2010. 

Uma questão importante é o que aconteceu com o restante dessa colisão. Segundo as medidas do Ligo, ele era quase tão massivo quanto 2,6 sóis. Os cientistas dizem que por enquanto não podem responder se ele caiu diretamente em um buraco negro, formou uma estrela de nêutron gorda que se deslocaria nesse universo por alguns segundos antes de desaparecer ou se permaneceu como uma estrela de nêutrons. Talvez nunca descubram, conta Kalogera. 

As estrelas de nêutron são a forma mais densa de matéria estável conhecida. Adicionar massa acima de um certo limite faz com que ela se colapse em um buraco negro, mas ninguém sabe qual é esse limite. 

Observações futuras de mais kilonovas podem ajudar os físicos a entender onde o ponto sem volta realmente está. 

Holz, o astrofísico da Universidade de Chicago, afirma: "Ainda não posso acreditar em como somos sortudos", recitando uma lista de circunstâncias ao acaso. Eles tinham três detectores funcionando por apenas poucas semanas, foi a explosão de raios gama mais próxima já gravada e a mais alta onda gravitacional já registrada.

"É tudo muito bom para ser verdade. Mas, até onde podemos dizer, é verdade. Estamos vivendo um sonho."