Um grupo científico internacional com destacada participação valenciana conseguiu medir pela primeira vez as oscilações da luminosidade de um magnetar durante os seus momentos mais violentos. Em apenas um décimo de segundo, o magnetar liberou energia equivalente à produzida pelo sol em 100.000 anos. A observação foi realizada sem intervenção humana, graças a um sistema de inteligência artificial desenvolvido no Laboratório de Processamento de Imagens (IPL) da Universidade de Valência.
Entre as estrelas de nêutrons, objetos que podem conter meio milhão de vezes a massa da Terra em um diâmetro de cerca de 20 quilômetros são os magnetares, um pequeno grupo com os campos magnéticos mais intensos conhecidos. Esses objetos, dos quais apenas 30 são conhecidos, sofrem erupções violentas ainda pouco conhecidas devido ao seu caráter inesperado e sua duração de apenas décimos de segundo. Detectá-los é um desafio para a ciência e a tecnologia.
Nos últimos 20 anos, os cientistas se perguntaram se há oscilações de alta frequência nos magnetares. A equipe publicou recentemente seu estudo sobre a erupção de um magnetar na revista Nature. Eles mediram oscilações no brilho do magnetar durante seus momentos mais violentos. Esses episódios são um componente crucial para a compreensão das erupções magnetares gigantes. O trabalho foi conduzido por seis pesquisadores da Universidade de Valencia e colaboradores espanhóis.
“Mesmo em um estado inativo, os magnetares podem ser 100.000 vezes mais luminosos do que nosso sol, mas no caso do flash que estudamos – GRB2001415 – a energia que foi liberada é equivalente àquela que nosso sol irradia em 100.000 anos,” afirma o pesquisador principal Alberto J. Castro-Tirado, do IAA-CSIC.
“A explosão do magnetar, que durou aproximadamente um décimo de segundo, foi descoberta em 15 de abril de 2020 em meio à pandemia”, diz Víctor Reglero, professor de Astronomia e Astrofísica do UV, pesquisador do Laboratório de Processamento de Imagens (IPL), co-autor do artigo e um dos arquitetos do ASIM, o instrumento a bordo da Estação Espacial Internacional que detectou a erupção. “Desde então desenvolvemos um trabalho de análise de dados muito intenso, visto que era uma estrela de nêutrons de 10 ** 16 Gauss e localizada em outra galáxia. Um verdadeiro monstro cósmico”, diz Reglero.
Os cientistas acreditam que as erupções em magnetares podem ser devidas a instabilidades em suas magnetosferas ou a uma espécie de “terremoto” produzido em sua crosta, uma camada rígida e elástica com cerca de um quilômetro de espessura. “Independentemente do gatilho, um tipo de onda é criada na magnetosfera da estrela – a Alfvén – que são bem conhecidas do sol e que interagem entre si, dissipando energia”, explica Alberto J. Castro-Tirado.
Segundo o estudo, as oscilações detectadas na erupção são consistentes com a emissão produzida pela interação entre as ondas de Alfvén, cuja energia é rapidamente absorvida pela crosta. Assim, em alguns milissegundos, o processo de reconexão magnética e, portanto, também os pulsos detectados no GRB2001415, terminam, desaparecendo 3,5 milissegundos após o burst principal. A análise do fenômeno permitiu estimar que o volume da erupção foi semelhante ou até maior que o da própria estrela de nêutrons.
A erupção foi detectada pelo instrumento ASIM, que está a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS). O ASIM foi o único dos sete telescópios capaz de registrar a fase principal da erupção em toda a sua faixa de energia sem sofrer saturações. A equipe científica conseguiu resolver a estrutura temporal do evento, uma tarefa verdadeiramente complexa que envolveu mais de um ano de análise por apenas dois segundos durante os quais os dados foram coletados.
O Atmosphere Space Interactions Monitor (ASIM) é uma missão da ESA desenvolvida pela Dinamarca, Noruega e Espanha, que está operacional na ISS desde 2018 sob a supervisão dos investigadores Torsten Neubert (Universidade Técnica da Dinamarca), Nikolai Ostgaard (Universidade de Bergen, Noruega) e Víctor Reglero (Universidade de Valência, Espanha), que formam o ASIM Facility Science Team.
O objetivo do ASIM é monitorar fenômenos violentos na atmosfera terrestre de comprimentos de onda ópticos a gama a 40 MeV, uma atividade que o telescópio vem realizando desde junho de 2018. Ele já detectou 1.000 erupções de raios gama. “Como esses fenômenos são imprevisíveis, o ASIM decide de forma totalmente autônoma quando algo acontece e envia os dados para os diferentes centros do Science Data Center em Copenhagen, Bergen e Valencia”, explica Víctor Reglero.
A detecção de oscilações quase periódicas em GRB2001415 foi um grande desafio do ponto de vista da análise de sinais. “A dificuldade está na brevidade do sinal, cuja amplitude decai rapidamente e fica embutida no ruído de fundo. E, por ser ruído correlacionado, é difícil distinguir seu sinal”, diz Reglero. O sistema de inteligência artificial, aliado a sofisticadas técnicas de análise de dados, permitiu aos pesquisadores detectar esse espetacular fenômeno.
Embora essas erupções já tenham sido detectadas em dois dos 30 magnetares conhecidos na galáxia e em outras galáxias próximas, GRB2001415 é a erupção magnetar mais distante capturada até hoje, localizada no grupo Escultor de galáxias a cerca de 13 milhões de anos-luz de distância. “Visto em perspectiva, é como se o magnetar quisesse nos indicar sua existência desde sua solidão cósmica, cantando nos kHz com a força de um Pavarotti de um bilhão de sóis”, diz Reglero.
De acordo com os autores do artigo, a erupção fornece um componente crucial para a compreensão de como as tensões magnéticas são produzidas dentro e ao redor de uma estrela de nêutrons. O monitoramento contínuo de magnetares em galáxias próximas ajudará a entender esse fenômeno, e também abrirá o caminho para um melhor entendimento de rajadas de rádio rápidas, atualmente um dos fenômenos mais enigmáticos da astronomia.
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