A descoberta de uma explosão histórica de raios gama no coração de uma galáxia antiga

Pela primeira vez, uma equipe internacional de astrônomos observou uma longa explosão de raios gama perto do centro de uma galáxia antiga. Isso é especial porque esses tipos de explosões de raios gama geralmente ocorrem quando estrelas massivas colapsam ou estrelas de nêutrons orbitam umas às outras por um longo tempo, e não existem tais estrelas no centro de galáxias antigas. A equipe, liderada por Andrew Levan (Radboud University), publicou suas descobertas em astronomia natural.

O consenso geral era que longas rajadas de raios gama de pelo menos alguns segundos só poderiam ocorrer quando uma estrela muito pesada colapsasse em uma supernova no final de sua vida. Em 2022, um possível segundo gatilho para longas rajadas de raios gama foi revelado quando duas estrelas massivas, que orbitaram uma à outra por toda a vida, eventualmente se tornaram estrelas de nêutrons e colidiram com kilonovas. Agora, no ano de 2023, parece que longas rajadas de raios gama podem acontecer de uma terceira maneira.

“Nossos dados indicam que este é um caso de fusão de duas estrelas de nêutrons separadas. Suspeitamos que as estrelas de nêutrons foram unidas pela gravidade de muitas estrelas circundantes no centro da galáxia”, disse o pesquisador principal Andrew Levan (Radboud University ).

A equipe de pesquisadores estudou os efeitos de uma explosão de raios gama detectada pelo Observatório Neil Gehrels Swift em 19 de outubro de 2019. Eles fizeram isso usando o telescópio Gemini South no Chile, o Northern Optical Telescope nas Ilhas Canárias em La Palma e o[{” attribute=””>Hubble Space Telescope.

Their observations show that the burst was caused near the center of an ancient galaxy. This immediately provides two arguments pointing to the merging of two sources.

The first argument is that there are almost no heavy stars in ancient galaxies that could collapse into supernovae, because heavy stars typically occur in young galaxies. In addition, supernovae emit bright optical light, which was not observed in this case.

A second argument is that the center of galaxies are busy places. There are hundreds of thousands of normal stars, white dwarfs, neutron stars, black holes, and dust clouds all orbiting a supermassive black hole. Altogether, this represents over 10 million stars and objects crammed into a space of a few light-years across. “That is an area comparable to the distance between our sun and the next star,” Levan explains. “So the probability of a collision in the center of a galaxy is much higher than, say, at the outskirts, where we are.”

The researchers are still leaving room for alternative explanations. The prolonged gamma-ray burst could also result from the collision of compact objects other than neutron stars, for example, black holes or white dwarfs. In the future, the researchers hope to be able to observe long gamma-ray bursts at the same time as gravitational waves. This would help them to make more definitive statements about the origin of the radiation.

For more on this discovery:

Reference: “A long-duration gamma-ray burst of dynamical origin from the nucleus of an ancient galaxy” by Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Benjamin P. Gompertz, Anya E. Nugent, Matt Nicholl, Samantha R. Oates, Daniel A. Perley, Jillian Rastinejad, Brian D. Metzger, Steve Schulze, Elizabeth R. Stanway, Anne Inkenhaag, Tayyaba Zafar, J. Feliciano Agüí Fernández, Ashley A. Chrimes, Kornpob Bhirombhakdi, Antonio de Ugarte Postigo, Wen-fai Fong, Andrew S. Fruchter, Giacomo Fragione, Johan P. U. Fynbo, Nicola Gaspari, Kasper E. Heintz, Jens Hjorth, Pall Jakobsson, Peter G. Jonker, Gavin P. Lamb, Ilya Mandel, Soheb Mandhai, Maria E. Ravasio, Jesper Sollerman and Nial R. Tanvir, 22 June 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-01998-8