Cientistas do Instituto Weizmann ajudam a confirmar e analisar a fusão de estrelas
Uma equipe internacional de pesquisa, da qual fazem parte físicos do Instituto
Weizmann de Ciências, conseguiu pela primeira vez observar uma fusão de duas
estrelas de nêutrons em colisão. A fusão foi captada simultaneamente por três detectores
construídos para este fim: os dois detectores que pertencem ao Observatório de Ondas
Gravitacionais por Interferômetro a Laser (Laser Interferometer Gravitational-Wave
Observatory – LIGO), nos Estados Unidos, e o detector Virgo, na Itália. Essa observação pode ajudar a determinar como elementos pesados como urânio, iodo e ouro
se formaram bem como a fortalecer nossa compreensão em relação a alguns dos eventos
mais violentos na história do universo.
A fusão foi observada no dia 17 de Agosto e anunciada ao público no dia 16 de
Outubro. A análise das observações está sendo publicada em uma série de periódicos
científicos, inclusive nas revistas The Astrophysical Journal, Nature e Sience.
Há dois anos, em Setembro de 2015, o detector do LIGO já havia gerado uma
perspectiva sensacional: Ele permitiu que os cientistas observassem as ondas
gravitacionais pela primeira vez na história. Essas ondas, previstas por Albert Einstein
cem anos antes, vieram de uma colisão entre dois buracos negros imensos e levaram 1,3
bilhões de anos para chegarem à Terra. No despertar da descoberta, o Prêmio Nobel de
Física de 2017 foi concedido no início do mês “pelas contribuições decisivas para o
detector LIGO e para a observação das ondas gravitacionais.”
A recém-detectada colisão e fusão de duas estrelas de nêutrons ocorreu em uma data
relativamente “recente”: A radiação da fusão levou “apenas” cerca de 100 milhões de
anos para chegar à Terra. Mas o mais importante é que ela forneceu aos cientistas mais
informações do que a colisão dos buracos negros. “Quando buracos negros colidem, a
única coisa que podemos detectar são ondas gravitacionais; tudo o mais é engolido pelo
fenômeno” – disse o Prof. Avishay Gal-Yam do Departamento de Astrofísica e Física
de Partículas do Instituto Weizmann. “No entanto, as estrelas de nêutrons são
relativamente mais leves do que os buracos negros, de forma que, ao colidirem e se
fundirem, uma pequena parcela de sua massa e de sua radiação escapa e pode ser
detectada em conjunto com as ondas gravitacionais.”
Ao contrário dessas ondas, que são captadas pelos detectores por uma fração ínfima de
um segundo, o restante da radiação da colisão das estrelas de nêutrons permanecem
detectáveis por vários dias. Esse fator se apresentou nas formas mais convencionais,
inclusive por meio raios X, gama, ultravioleta e infravermelhos, assim como por meio
de luz visível. “Inúmeros telescópios haviam captado essa radiação como um novo ponto no céu, mas a princípio, não tínhamos certeza de que esse ponto seria uma colisão
de estrelas captada pelo LIGO e pelo Virgo” – afirmou o Prof. Eran Ofek, também do
Departamento de Astrofísica e Física de Partículas do Instituto Weizmann.
Cientistas em todo o mundo, inclusive da equipe do Prof. Ofek no Instituto Weizmann,
analisaram os dados da colisão, confirmando, em última instância, que o ponto era, na
verdade, uma assinatura óptica – ou seja, um evento óptico observável – da fusão de
estrelas de nêutrons, captada pelos detectores. Em particular, Ofek e outros cientistas
demonstraram que tudo indicava que a radiação seria proveniente de uma fusão de
estrelas de nêutrons. O pesquisadores determinaram que a matéria emitida atingiu um
volume equivalente a um centésimo da massa do sol, e que essa matéria se deslocou à
velocidade de um quarto da velocidade da luz. “Foi a primeira vez que uma massa de
tal dimensão foi vista se deslocando a uma velocidade tão grande” – disse Ofek.
A análise espectroscópica da radiação, realizada por Gal-Yam e outros cientistas,
forneceu provas de que a fusão resultou na formação de elementos pesados. Os
pesquisadores têm uma ideia relativamente boa de como os elementos leves se
formaram, mas a origem dos elementos pesados é um mistério de longa data. Uma
teoria sugeria que uma fonte plausível desses elementos seriam as fusões de estrelas de
nêutrons: Essas estrelas contêm tantos nêutrons condensados que a colisão da estrela,
causando um bombardeamento rápido desses nêutrons uns contra os outros, poderia
gerar condições favoráveis à formação de núcleos ricos em nêutrons, característicos dos
elementos pesados. “Essa previsão teórica havia sido feita há pelo menos meio século,
mas agora finalmente temos provas de que pode estar realmente certa” – afirmou Gal-
Yam. “Todo os elemento na natureza emite e absorve luz de uma parte diferente do
espectro, e é assim que podemos dizer que elementos emitiram a radiação detectada.”
Entre os elementos pesados identificados pelos cientistas, havia alguns exóticos, como o
telúrio, mas também outros mais comuns, como o césio e o iodo. “Nossas constatações
sugerem, entre outras coisas, que todos os átomos de iodo na Terra, incluindo o iodo
que colocamos em nossas feridas, vieram de um passado distante, da fusão de estrelas
de nêutrons” – disse Gal-Yam. Ele acrescentou que elementos extremamente pesados,
como o ouro e o urânio, foram igualmente criados em fusões de estrelas de nêutrons,
mas por motivos ainda não compreendidos, não foram identificados na fusão captada.
Ofek e Gal-Yam fazem parte de diversas iniciativas de colaboração científica que
analisam dados de fusões de estrelas de nêutrons. Análises adicionais dos dados
prometem esclarecer mais sobre as origens dos elementos pesados e fornecer respostas a
outras questões não resolvidas em relação à natureza da gravidade e as mortes
explosivas de estrelas.
A pesquisa do Prof. Avishay Gal-Yam tem o apoio do Fundo Beneficente Benoziyo para o Avanço da Ciência; do Centro de Pesquisa Básica Yeda-Sela; do Instituto Deloro de Pesquisa Espacial e Óptica Avançadas; e de Paul e Tina Gardner. O Prof. Gal-Yam foi o vencedor do prêmio Helen and Martin Kimmel de Inovação em Pesquisas.
