Cientistas resolvem uma década

Uma equipe internacional de cientistas, liderada por astrofísicos da Universidade de Bath, no Reino Unido,medidoo campo magnético em uma explosão de raios gama distante (GRB), confirmando pela primeira vez uma previsão teórica de décadas - que o campo magnético nessas ondas de explosão se torna embaralhado depois que o material ejetado colide e choca o ambiente circundante médio.

Os buracos negros são formados quando estrelas massivas (pelo menos 40 vezes maiores que o nosso Sol) morrem em uma explosão catastrófica que alimenta uma onda de choque. Esses eventos extremamente energéticos expulsam o material a velocidades próximas à velocidade da luz e geram flashes de raios gama brilhantes e de curta duração que podem ser detectados por satélites que orbitam a Terra - daí o nome, explosões de raios gama.

Os campos magnéticos podem ser enfiados através do material ejetado e, à medida que o buraco negro giratório se forma, esses campos magnéticos se torcem em formas de saca-rolhas que, acredita-se, focam e aceleram o material ejetado.

Os campos magnéticos não podem ser vistos diretamente, mas sua assinatura é codificada na luz produzida por partículas carregadas (elétrons) que giram em torno das linhas do campo magnético. Telescópios terrestres capturam essa luz, que viajou por milhões de anos pelo universo.

O chefe de astrofísica em Bath e professor especialista em raios gama, Carole Mundell, disse: "Nós medimos uma propriedade especial da luz - polarização - para sondar diretamente as propriedades físicas do campo magnético que alimenta a explosão. Este é um ótimo resultado e resolve um problema quebra-cabeça de longa data dessas explosões cósmicas extremas - um quebra-cabeça que venho estudando há muito tempo."

O desafio é capturar a luz o mais rápido possível após uma explosão e decodificar a física da explosão, com a previsão de que quaisquer campos magnéticos primordiais serão destruídos à medida que a frente de choque em expansão colide com os detritos estelares circundantes.

Este modelo prevê luz com altos níveis de polarização (>10 por cento) logo após a explosão, quando o campo primordial de grande escala ainda está intacto e conduzindo o fluxo de saída. Mais tarde, a luz deve ser principalmente não polarizada, pois o campo é embaralhado na colisão.

A equipe de Mundell foi a primeira a descobrir minutos de luz altamente polarizada após a explosão que confirmou a presença de campos primordiais com estrutura em larga escala. Mas o quadro de choques avançados em expansão provou ser mais controverso.

As equipes que observaram GRBs em tempo mais lento – horas a um dia após uma explosão – encontraram baixa polarização e concluíram que os campos haviam sido destruídos há muito tempo, mas não podiam dizer quando ou como. Em contraste, uma equipe de astrônomos japoneses anunciou uma detecção intrigante de 10% de luz polarizada em um GRB, que eles interpretaram como um choque polarizado com campos magnéticos ordenados de longa duração.

A principal autora do novo estudo, Nuria Jordana-Mitjans, estudante de doutorado em Bath, disse: "Essas raras observações foram difíceis de comparar, pois sondaram escalas de tempo e físicas muito diferentes. Não havia como reconciliá-las no modelo padrão."

O mistério permaneceu sem solução por mais de uma década, até a análise da equipe de Bath do GRB 141220A.

No novo artigo, publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, a equipe de Mundell relata a descoberta de uma polarização muito baixa na luz de choque frontal detectada apenas 90 segundos após a explosão do GRB 141220A. As observações super-rápidas foram possíveis graças ao software inteligente da equipe no Telescópio robótico totalmente autônomo de Liverpool e ao novo polarímetro RINGO3 - o instrumento que registrou a cor, o brilho, a polarização e a taxa de desbotamento do GRB. Juntando esses dados, a equipe conseguiu provar que:

Jordana-Mitjans disse: "Este novo estudo se baseia em nossa pesquisa que mostrou que os GRBs mais poderosos podem ser alimentados por campos magnéticos ordenados em grande escala, mas apenas os telescópios mais rápidos terão um vislumbre de seu sinal de polarização característico antes de serem perdidos para a explosão."