Após o que pode ter sido a maior explosão cósmica desde o Big Bang, matéria e antimatéria colidiram quase à velocidade da luz, aniquilando-se mutuamente e liberando sua energia de volta ao universo, sugere um novo estudo da China.
Ao analisar dados de telescópios espaciais chineses e norte-americanos, uma equipe liderada por pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências (CAS) identificou uma linha espectral com níveis de energia atingindo o pico de 37 milhões de elétron-volts (MeV) durante uma explosão de raios gama excepcionalmente poderosa, agora conhecida como a Mais Brilhante de Todos os Tempos, ou BOAT.
Como o BOAT era composto por várias partículas de alta energia, incluindo elétrons e seus equivalentes de antimatéria, os pósitrons, é provável que essas partículas tenham sofrido aniquilação, liberando fótons de raios gama e gerando a linha espectral observada, relataram eles no periódico Science China: Physics, Mechanics & Astronomy, na semana passada.
“Nossas descobertas têm valor importante e único para estudar as propriedades físicas e os mecanismos de produção de explosões de raios gama”, disse Xiong Shaolin, principal autor do artigo do Instituto de Física de Altas Energias, à mídia chinesa em 26 de junho.
A energia da linha de 37 MeV é “a mais alta detectada em qualquer explosão de raios gama – e em qualquer objeto – até agora”, disse Bing Zhang, da Universidade de Nevada, em Las Vegas, que não está envolvido na pesquisa. Isso significa que o material ejetado da explosão de raios gama estava se movendo a pelo menos 99,98% da velocidade da luz, ele disse ao South China Morning Post na terça-feira.
Os cientistas agora sabem que o BOAT foi causado pela morte de uma estrela massiva na direção da constelação de Sagitta há mais de dois bilhões de anos. A estrela ficou sem combustível e entrou em colapso em um buraco negro, expelindo um par de jatos no espaço.
Quando um dos jatos alcançou a Terra em outubro de 2022, ele foi avistado pela primeira vez por vários telescópios espaciais, incluindo o Telescópio Espacial Fermi da NASA e o GECAM-C (Gravitational Wave High-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor) da China. A explosão foi tão brilhante que cegou os detectores de alguns telescópios, deixando-os com pixels completamente brancos, descobriram os astrônomos mais tarde.
Graças ao design do GECAM-C e a uma configuração especial do modo operacional, ele conseguiu registrar dados insaturados de alta resolução e fornecer uma medição excepcionalmente precisa desse evento que ocorre uma vez a cada 10.000 anos, de acordo com a equipe chinesa.
No ano passado, uma equipe da Itália descobriu pela primeira vez uma linha espectral de raios gama nos dados do Fermi, com um tempo de início cerca de cinco minutos após a detecção da explosão e uma energia inicial de cerca de 12 MeV que diminuiu com o tempo, disse Zhang. A equipe do GECAM processou os dados do Fermi de forma independente e os analisou em conjunto com os dados do GECAM-C. Isso permitiu aos pesquisadores não apenas confirmar a linha no intervalo de tempo reivindicado pela equipe italiana, mas também recuperar uma linha em um momento anterior (quatro minutos após a detecção) e uma energia mais alta de 37 MeV, disse ele.
“A análise combinada permitiu que a equipe chinesa recuperasse a emissão da linha com uma significância maior em um intervalo de tempo mais amplo”, disse Zhang. Embora o Grande Observatório de Chuvas Atmosféricas de Alta Altitude da China, no Planalto Tibetano, tenha registrado fótons de raios gama com mais de 10 tera-elétron-volts de energia, os fótons individuais são diferentes de uma linha espectral, explicou Zhang. “Uma linha precisa acumular um número grande o suficiente de fótons em torno de uma energia particular, como principalmente em torno de 37 MeV. Fótons acima ou abaixo da energia não são tão impressionantes porque são mais fáceis de fazer com mecanismos de radiação conhecidos”, disse ele.
Notavelmente, apenas mecanismos específicos podem produzir fótons em uma energia particular, disse Zhang. Neste caso, a linha identificada por ambas as equipes foi causada pela aniquilação de pares de elétrons e pósitrons, um processo que supostamente produz linhas de 0,511 MeV.
Portanto, a linha de 37 MeV medida pode ajudar os cientistas a medir o chamado efeito Doppler, ou a mudança no comprimento de onda da luz que ocorre quando um objeto se aproxima ou se afasta do observador. Um fator Doppler de 72 (37/0,511) significa que o material ejetado da explosão de raios gama estava se movendo a pelo menos 99,98% da velocidade da luz em direção à Terra, disse Zhang.