Sinal de explosão de raios gama pode ser o primeiro “batimento cardíaco” de um estranho recém-nascido

Às vezes, o Universo dá pistas do que acontece nos seus momentos mais extremos - e elas chegam até nós na forma de flashes rápidos e violentos de energia.

Em uma explosão espacial incomum de raios gama cuja luz alcançou a Terra em 2023, uma equipe liderada pelo astrônomo Run-Chao Chen, da Universidade de Nanjing (China), identificou um sinal que, segundo eles, pode ser o “choro” de nascimento de um magnetar recém-formado - os objetos com os campos magnéticos mais intensos conhecidos.

"This is the first time humanity has directly observed a periodic signal from a millisecond magnetar inside a gamma-ray burst," Chen says. "It is like hearing the first heartbeat of a newborn star."

Explosões de raios gama (gamma-ray bursts) estão entre os eventos mais energéticos do Universo, e sabemos que (pelo menos) dois mecanismos podem produzi-las. As de curta duração, com menos de dois segundos, são expelidas junto das explosões de kilonova que acontecem quando estrelas de nêutrons colidem.

Já as de longa duração passam de dois segundos e acompanham as supernovas de colapso do núcleo, associadas ao nascimento de buracos negros.

Bem, mais ou menos. Uma explosão registrada em 7 de março de 2023, chamada GRB 230307A, fugiu desse padrão. Na época, ela foi a segunda explosão de raios gama mais brilhante já detectada e durou 200 segundos; ainda assim, a forma como a luz evoluiu após o evento sugeria uma colisão de estrelas de nêutrons, e não uma supernova de colapso do núcleo.

Na verdade, não é a única explosão longa ligada a uma fusão de estrelas de nêutrons; outra, com 50 segundos de duração em 2021, chamada GRB 211211A, foi associada a uma kilonova - sinal de que pode haver algo diferente acontecendo nesses casos fora do comum.

Quando duas estrelas de nêutrons colidem e se fundem em um único objeto, a “identidade” desse remanescente depende da massa final. O limite superior de massa para estrelas de nêutrons é de cerca de 2,3 vezes a massa do Sol; portanto, um objeto mais pesado do que isso deveria virar um buraco negro. Os dados das duas kilonovae de longa duração sugerem que, em ambos os casos, o objeto final foi um tipo de estrela de nêutrons chamada magnetar.

Esses objetos concentram campos magnéticos absurdamente fortes, cerca de 1.000 vezes mais intensos do que os de uma estrela de nêutrons típica. Essas estrelas “mortas” e altamente magnéticas podem protagonizar comportamentos bem estranhos, mas ainda há muito que não entendemos sobre elas - inclusive como e por que exibem campos tão extraordinários, enquanto outras estrelas de nêutrons não.

Descobrir como magnetars se formam, em primeiro lugar, seria um passo importante para resolver esse mistério. Por isso, Chen e colegas analisaram com mais atenção GRB 211211A e GRB 230307A, em busca de evidências nos dados de que algum dos eventos poderia estar associado à formação de um magnetar.

E eles encontraram isso em GRB 230307A. Por apenas 160 milissegundos, uma flutuação periódica e fraca em raios gama apareceu na luz do evento, exatamente em um ponto crítico, 24,4 segundos após a detecção inicial da explosão. Esse sinal minúsculo, explicam os pesquisadores, é compatível com a rotação extremamente rápida de um magnetar recém-nascido.

"The magnetar's rapid spin imprints a periodic signal onto the gamma-ray jet through its magnetic field," says physicist Bing Zhang of the University of Hong Kong. "However, because the jet evolves quickly, this signal appears only when the emission briefly becomes asymmetric. For just 160 milliseconds, the heartbeat was visible before the jet's symmetry hid it again."

Isso sugere que a explosão de raios gama foi dominada por um jato alimentado principalmente por campos magnéticos, e aponta um novo caminho para analisar e interpretar outros eventos de kilonova. Também reforça um conjunto crescente de evidências de que magnetars podem nascer no fogo e na fúria de uma colisão de estrelas de nêutrons.

"This discovery transforms our understanding of the most extreme explosions in the cosmos," Zhang says. "It shows that newly born magnetars can survive compact star mergers and act as powerful cosmic engines. This opens a new frontier in multimessenger astronomy, linking gamma rays, gravitational waves, and the physics of compact stars."

A pesquisa foi publicada na Nature Astronomy.