Em 3 de junho, a 3, 9 bilhões de anos-luz de distância, duas estrelas de nêutrons incrivelmente densas - corpos com cerca de 1, 5 vez a massa do Sol, mas do tamanho de meras cidades - colidiram. Os cientistas que estudam o evento dizem que ele resolve um mistério duradouro sobre a formação de elementos em nosso universo.
"É um tipo de explosão muito rápido, catastrófico e extremamente energético", diz Edo Berger, astrônomo do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. A colisão maciça lançou um poderoso jato de raios gama através do universo. O flash, que durou apenas dois décimos de segundo, foi captado pelo satélite Swift da NASA e enviou astrônomos para coletar dados.
Nos próximos dias, telescópios no Chile e no Telescópio Espacial Hubble voltaram sua atenção para aquela região do espaço. Hoje, Berger e seus colegas anunciaram em uma coletiva de imprensa em Cambridge, Massachusetts, que sua análise revela que as colisões de estrelas de nêutrons são responsáveis pela formação de praticamente todos os elementos pesados do universo - uma lista que inclui ouro, mercúrio, chumbo, platina e Mais.
"Esta questão de onde vêm elementos como o ouro existe há muito tempo", diz Berger. Embora muitos cientistas argumentassem há muito tempo que as explosões de supernovas eram a fonte, ele diz que sua equipe - que inclui Wen-fai Fong e Ryan Chornock, do departamento de astronomia de Harvard - tem evidências de que as supernovas não são necessárias. Essas colisões de estrelas de nêutrons produzem todos os elementos mais pesados que o ferro, diz ele, “e fazem isso com eficiência suficiente para que possam contabilizar todo o ouro produzido no universo”.
Tais colisões ocorrem quando as duas estrelas de um sistema binário explodem separadamente como supernovas, e depois colapsam em si mesmas, deixando para trás um par de estrelas de nêutrons firmemente ligadas. À medida que se circulam, as estrelas são gradualmente unidas por forças gravitacionais, até colidirem.
"Eles são extremamente densos, essencialmente balas voando uns contra os outros a cerca de dez por cento da velocidade da luz", diz Berger. A colisão resultante reúne tanta massa em um local que colapsa sobre si mesma, desencadeando a formação de um buraco negro. Uma pequena quantidade de matéria, no entanto, é lançada para fora e é eventualmente incorporada à próxima geração de estrelas e planetas em outras partes da galáxia circundante. A observação atenta desta última colisão de estrelas de neutrões revelou o conteúdo desta matéria ejectada.
Como o buraco negro se formou, Berger diz que ele lançou um burst de raios gama codificado como GRB (burst de raios gama) 130603B. Em poucos minutos, os instrumentos no Chile procuraram por mais evidências da colisão e encontraram um breve "brilho" de luz visível, gerado pelas partículas expelidas da explosão que se chocam com o meio ambiente. Isso forneceu aos astrônomos a localização exata e a distância do evento, e o fato de a colisão ter ocorrido relativamente próxima - pelo menos em termos astronômicos - aumentou as esperanças de que haveria a chance de coletar novos tipos de dados que antes não estavam disponíveis.
Em 12 de junho, o telescópio Hubble, treinado neste local, detectou uma emissão distinta de luz infravermelha, um sinal separado da primeira explosão. A assinatura infravermelha, Berger diz, resultou do decaimento radioativo de elementos pesados exóticos (como urânio e plutônio) formados durante a colisão e ejetados para fora. Por causa da maneira que elementos pesados se formam, o ouro também deve ter se formado. "A quantidade total desses elementos pesados produzidos foi cerca de um por cento da massa do sol", observa ele. "O ouro, nessa distribuição, é de cerca de 10 partes por milhão - de modo que chega a cerca de dez vezes a massa da lua em ouro sozinho".
Como a equipe sabe com que frequência essas colisões ocorrem e agora pode inferir aproximadamente quanto material é gerado com cada evento, elas podem comparar a quantidade total de elementos pesados produzidos por colisões de estrelas de nêutrons com a quantidade conhecida no universo. A conclusão da equipe, que também foi publicada hoje no The Astrophysical Journal Letters, é que esses eventos são uma explicação suficiente para todos os nossos elementos pesados, incluindo o ouro. Depois que ele é criado nesse tipo de colisão e ejetado para fora, os elementos pesados são eventualmente incorporados à formação de futuras estrelas e planetas. O que significa que todo o ouro na Terra, até mesmo o ouro em seu anel de casamento, provavelmente vem da colisão de duas estrelas distantes.
A nova descoberta também resolve uma questão relacionada: se esse tipo particular de emissão de raios gama - chamado de “burst de curta duração” - pode ser definitivamente ligado às colisões de duas estrelas de nêutrons. "Nós coletamos muitas evidências circunstanciais sugerindo que elas vêm da colisão de duas estrelas de nêutrons, mas na verdade não tínhamos uma assinatura clara de 'arma fumegante'", diz Berger. “Este evento fornece, pela primeira vez, essa 'arma fumegante'”.
Nos próximos anos, a equipe de Harvard-Smithsonian e outros continuarão procurando colisões de estrelas de nêutrons para que dados adicionais possam ser coletados e analisados. Porém, já que um evento tão raro (na Via Láctea, acontece uma vez a cada 100.000 anos) ocorre a uma distância próxima o suficiente para que esse tipo de observação seja bastante fortuita. "Passei a última década da minha vida tentando abordar a questão das explosões de raios gama, coletando cuidadosamente evidências e esperando por aquele grande evento", diz Berger. "É tão gratificante finalmente obter essa evidência que pode nos dizer o que está acontecendo de uma forma mais definitiva."
