GRB 221009A: o BOAT revelou uma supernova surpreendentemente normal

Em outubro de 2022, os sistemas de vigilância que procuram explosões no espaço começaram a disparar alertas sem parar, como se tivessem enlouquecido.

A explicação estava a 2,4 mil milhões de anos-luz: um objeto libertou a maior descarga de radiação gama alguma vez registada. O fenómeno, designado GRB 221009A, atingiu o recorde de 18 teraelectronvolts e foi tão intenso que abalou a atmosfera exterior da Terra.

Mais tarde, concluiu-se que o evento, apelidado BOAT - sigla de Brightest of All Time («o mais brilhante de sempre») - assinalava o nascimento de um buraco negro após a morte violenta de uma estrela maciça.

Uma nova análise da evolução da sua luz revelou agora os pormenores desta explosão. Apesar de toda a sua fúria em raios gama, o BOAT era, surpreendentemente, bastante normal - algo que não era esperado.

O GRB 221009A e uma supernova inesperadamente comum

«Não é mais brilhante do que supernovas anteriores», afirma o astrofísico Peter Blanchard, da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos.

«Parece bastante normal no contexto de outras supernovas associadas a explosões de raios gama (GRBs) menos energéticas. Poder-se-ia esperar que a mesma estrela em colapso que produz um GRB muito energético e brilhante também originasse uma supernova muito energética e brilhante. Mas afinal não é isso que acontece. Temos um GRB extremamente luminoso, mas uma supernova normal.»

As explosões de raios gama são as explosões mais poderosas observadas no cosmos. Como o nome indica, consistem em surtos de radiação gama - a luz mais energética do Universo - capazes de libertar, em 10 segundos, tanta energia como o Sol emitirá ao longo de 10 mil milhões de anos.

Conhecem-se pelo menos dois grandes acontecimentos capazes de criar um GRB: a formação de um buraco negro quando uma estrela maciça explode como supernova, ou a hipernova que acompanha a fusão de duas estrelas de neutrões.

Pensa-se também que os tipos de novas que geram explosões de raios gama contribuem para a produção dos elementos pesados do Universo. A questão é que esses elementos pesados simplesmente não existiam antes de as estrelas os criarem.

As estrelas formam-se sobretudo a partir do gás hidrogénio, abundante no Universo, mas nos seus núcleos juntam núcleos atómicos para produzir elementos mais pesados. Este processo vai apenas até ao ferro, pois a fusão de átomos de ferro consome mais energia do que aquela que produz.

Já os elementos mais pesados do que o ferro podem formar-se durante a violência extrema de uma grande explosão cósmica. E isso já foi observado: nos restos de colisões entre estrelas de neutrões, os cientistas detetaram elementos demasiado pesados para terem sido produzidos por fusão no núcleo.

Contudo, há ainda muito por compreender. Se for possível identificar quais as explosões com maior probabilidade de produzir estes elementos, teremos uma nova ferramenta para perceber não apenas como o Universo cria matéria, mas também quão frequentes são essas explosões.

À espera que o brilho do BOAT diminuísse

Por isso, Blanchard e os seus colegas quiseram estudar o GRB 221009A para procurar na luz emitida sinais de elementos pesados.

Mas tiveram de aguardar. A explosão era tão brilhante que, na prática, cegou os instrumentos.

«O GRB era tão brilhante que ocultou qualquer possível assinatura de supernova nas primeiras semanas e meses após a explosão», explica Blanchard.

«Nessa fase, o chamado brilho remanescente do GRB era como os faróis de um carro apontados diretamente para si, impedindo-o de ver o próprio carro. Por isso, tivemos de esperar que diminuísse significativamente para termos oportunidade de observar a supernova.»

Só cerca de seis meses depois de a explosão ter sido detetada é que os investigadores puderam usar o Telescópio Espacial James Webb para observar a sua luz em comprimentos de onda infravermelhos. Foi assim que determinaram que a própria supernova era relativamente normal. A sua luminosidade excecional deveu-se, provavelmente, ao facto de o jato da explosão de raios gama estar apontado diretamente para a Terra.

Elementos pesados ausentes na explosão de raios gama

Em seguida, a equipa combinou os dados do JWST com observações de rádio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, procurando intervalos específicos de comprimentos de onda compatíveis com a presença de elementos pesados. Embora tenham identificado elementos como cálcio e oxigénio, bastante comuns em supernovas, não encontraram sinais de produção de elementos pesados.

Atualmente, a frequência com que as estrelas de neutrões se fundem não é suficiente para gerar a quantidade de matéria pesada observada no Universo. Esperava-se que explosões gigantes como o GRB 221009A contribuíssem para esse total, mas a ausência de elementos pesados indica que essa ideia estava errada.

Segundo os investigadores, será necessário procurar outras fontes possíveis para identificar a origem desses materiais.

«Não observámos assinaturas destes elementos pesados, o que sugere que GRBs extremamente energéticos, como o BOAT, não produzem estes elementos», diz Blanchard.

«Isso não significa que todos os GRBs não os produzam, mas é uma informação essencial à medida que continuamos a compreender a origem destes elementos pesados. Observações futuras com o JWST permitirão determinar se os primos “normais” do BOAT produzem estes elementos.»

Os resultados foram publicados na Nature Astronomy.