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James Webb confirma que estrelas de nêutrons podem criar ouro

Uma colisão entre estrelas de nêutrons detectada pelo James Webb produziu ouro, confirmando que elementos pesados são forjados em quilonovas

22 fev 2024 - 19h22
(atualizado em 23/2/2024 às 11h06)
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Pela primeira vez, os astrônomos confirmaram que uma colisão entre estrelas de nêutrons produziu metais mais pesados que o ferro, como a prata e o ouro. O evento foi detectado pelo telescópio James Webb em 2023 e seus efeitos foram confirmados em um novo estudo publicado pela Nature.

Foto: NASA/Swift/Dana Berry / Canaltech

O evento GRB 230307A foi uma das explosões de raios gama mais poderosas já vistas pelos cientistas. Geralmente, esses eventos duram poucos segundos, mas este foi um caso raro: foram 200 segundos de brilho intenso, ficando atrás apenas da GRB 221009A.

Com dados do James Webb e do telescópio Hubble, os autores do novo estudo observaram a evolução dos detritos da quilonova e encontraram ouro e outros elementos pesados. Essa é uma nova evidência que apoia modelos teóricos que preveem a produção de ouro nas colisões entre estrelas de nêutrons.

Embora os cientistas já tivessem teorias sólidas sobre isso, só agora estão observando a formação desses elementos quase em tempo real. Além disso, as observações de telescópios como o Webb e Hubble podem fornecer novos detalhes sobre os mecanismos por trás desses fenômenos.

Localização da segunda maior explosão de raios gama já detectada (Imagem: Reprodução/NASA/ESA/CSA/STScI/A. Levan/A. Pagan)
Localização da segunda maior explosão de raios gama já detectada (Imagem: Reprodução/NASA/ESA/CSA/STScI/A. Levan/A. Pagan)
Foto: Canaltech

Por outro lado, ainda há certa incerteza sobre a origem das explosões de raios gama detectadas recentemente, em especial as recordistas GRB 221009A e GRB 230307A. Os eventos têm propriedades semelhantes àqueles encontrados na quilonova AT2017gfo.

Ainda que não se possa ter provas cabais de que as explosões de raios gama vieram da mesma quilonova — uma tarefa difícil, já que as colisões aconteceram em uma galáxia a 8,3 milhões de anos-luz de distância —, as semelhanças entre elas são evidências fortes o suficiente para associar a produção de ouro às quilonovas.

Também é surpreendente que essas explosões possam durar por centenas de segundos, e a detecção do segundo evento com essa duração não deixa espaço para dúvidas. Na verdade, só aumenta as probabilidades de que elas ocorram com maior frequência do que se imagina.

Produção de ouro em quilonovas

Estrelas de nêutrons são um tipo de "cadáver" das estrelas da sequência principal, que estão "vivas" e fundindo hidrogênio em seus núcleos. As estrelas de nêutrons são alguns dos objetos mais densos do universo: uma colher de sopa de seu material pesaria mais de 900 bilhões de kg.

Os elementos marcados com a cor laranja escuro são formados através da colisão entre estrelas de nêutrons (Imagem: Reprodução/Jennifer Johnson/ESA/NASA/AASNOVA)
Os elementos marcados com a cor laranja escuro são formados através da colisão entre estrelas de nêutrons (Imagem: Reprodução/Jennifer Johnson/ESA/NASA/AASNOVA)
Foto: Canaltech

As colisões entre dois desses objetos eram consideradas raras, mas a detecção das ondas gravitacionais geradas por estes eventos provou o contrário. Além de produzirem as explosões de raios gama, emitem um spray de material rico em nêutrons.

Nesses processos, núcleos atômicos em torno da dupla de estrelas de nêutrons capturam os nêutrons livres produzidos pelo impacto — os astrônomos chamam esse mecanismo de processo r. Assim, essas partículas formam os lantanídeos, que são elementos superpesados de meia-vida breve.

Quando os lantanídeos decaem em outros elementos pesados, a energia perdida é liberada na forma de radiação eletromagnética, incluindo raios gama que caracterizam uma quilonova.

Fonte: Nature; via: Space.com

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