Fusão de Duas Estrelas De Nêutrons Causa Alvoroço Entre Ciêntistas"

Fusão de estrelas de nêutrons é observada em luz e ondas gravitacionais

Pesquisa histórica mobilizou dezenas de observatórios terrestres e espaciais — o resultado foi um dos eventos astrofísicos mais bem documentados de todos os tempos.

A o longo dos últimos dois meses, dezenas de observatórios na Terra e no espaço se uniram em uma colaboração intensa e silenciosa para desenvolver um estudo sem precedentes na história da astrofísica. Os resultados promissores deste formidável esforço internacional acabam de ser divulgados, no início da tarde desta segunda-feira (16/10/2017).

Em múltiplas conferências, comunicados à imprensa e artigos científicos, equipes do mundo todo anunciaram uma descoberta de importância histórica: pela primeira vez, astrônomos do observatório Ligo, nos Estados Unidos, em parceria com o detector europeu Virgo, captaram ondas gravitacionais originadas a partir do encontro de duas estrelas de nêutrons.

O anúncio vem poucos dias após os criadores do Ligo, Rainer Weiss, Barry Barish e Kip Thorne, terem ganho o Nobel de Física de 2017. Prova de que o projeto não apenas ganhou maturidade, como também já ocupa um papel central da pesquisa astronômica do século 21.

Assim que souberam que a fusão estava ocorrendo, os cientistas do Ligo alertaram colegas em cerca de 70 observatórios diferentes para que apontassem seus telescópios para lá — e coletassem dados em luz visível e nas mais diversas faixas do espectro eletromagnético. Foi a primeira vez que um evento cósmico cataclísmico pôde ser estudado nos mínimos detalhes a partir de dois mensageiros distintos: as ondas gravitacionais e os fótons.

"Esta detecção abriu verdadeiramente as portas para uma nova maneira de fazer astrofísica”, diz em comunicado Laura Cadonati, porta-voz da Colaboração Científica Ligo, que reúne mais de 1,2 mil cientistas de vários países. “Espero que seja lembrado como um dos eventos astrofísicos mais estudados na história." Até hoje, os pesquisadores haviam conseguido fazer quatro detecções de ondas gravitacionais — todas vindas da fusão de buracos negros. Mas já estava mais do que na hora de explorar outros fenômenos.

Densas e compactas

Buracos negros possuem três características imprescindíveis: são muito pesados (ou "massivos"); são os objetos mais compactos do Universo (concentrando toda sua massa em um espaço muito menor do que a cabeça de um alfinete); e em seu estágio final de fusão, eles orbitam na frequência ideal para serem detectados.

Um dos poucos objetos, além dos buracos negros, que trazem essa combinação são as fusões de estrelas de nêutrons. Não se sabe de nenhuma outra estrela tão densa e compacta: elas podem ter até três vezes a massa do Sol espremida em uma esfera de 20 quilômetros de diâmetro.

São tão densas que uma mísera colher de chá de sua substância pesa um bilhão de toneladas. "Estrelas de nêutrons são o que sobra depois da explosão de uma supernova", explica o astrônomo Thiago Gonçalves, da UFRJ. Ou seja, são um dos dos possíveis estágios finais da vida de uma estrela.

Quando a estrela perde seu combustível e para de realizar as reações nucleares que a sustentam, ela colapsa sobre o seu próprio peso. "Quando é uma estrela muito pesada, com dezenas de vezes a massa do Sol, ela vira um buraco negro. Se é menor, ela vira uma estrela de nêutrons", diz Gonçalves. Assim, são os nêutrons que sustentam o corpo, produzindo um intenso campo magnético e girando muito rápido, várias vezes por segundo.

Por serem muito densas, quando se fundem, essas estrelas emitem não só ondas gravitacionais, mas também raios X e gama. "Esse evento é tão rico, nos informa sobre modelos detalhados do funcionamento interno das estrelas de nêutrons e das emissões que elas produzem, até a física mais fundamental, como a relatividade geral”, diz David Shoemaker, porta-voz da Colaboração Científica Ligo e pesquisador sênior do MIT.

Tais dados podem até ajudar a explicar mistérios duradouros da astrofísica, como a matéria escura ou mesmo a teoria da gravitação quântica — uma chave importante para resolver a briga entre a física quântica e a relatividade geral — entenda aqui. “É um presente que continuaremos recebendo”, diz Shoemaker.

Dança cataclísmica

Com massas estimadas entre 1,1 e 1,6 vezes a massa do Sol, os objetos se fundiram em uma galáxia não tão distante há 130 milhões de anos — época em que dinossauros corriam soltos por aqui e que o colorido das flores ainda era uma novidade na paisagem da Terra.

A gravidade monstruosa os aproximava cada vez mais e, conforme espiralavam, torciam e retorciam o espaço-tempo ao redor como se ele fosse uma gelatina. Nos últimos 100 segundos antes de as duas estrelas se esmagarem por completo e virarem um único objeto ultradenso, a dança liberou uma quantidade insana de energia sob a forma de poderosas ondas gravitacionais.

Os humanos do Ligo e do Virgo batizaram este sinal de GW170817: ele foi detectado pelos interferômetros na América e na Europa às 9:41 (horário de Brasília) da manhã do dia 17 de agosto. Dois segundos depois, o telescópio espacial Fermi, da Nasa, registrou uma rajada curta de raios gama vinda da mesma direção do céu — mais um indício de que a violenta explosão que os astrônomos chamam de quilonova havia, de fato, ocorrido.