O que são as explosões de raios gama?

As emissões de raios gama foram descobertas nos anos 60 durante a guerra fria. Os satélites dos EUA que mantinham em observação os testes nucleares soviéticos, detectaram intensas emissões de radiação gama. Contudo, as emissões não eram provenientes da União Soviética, mas sim do espaço profundo.
Durante décadas foram um mistério e os cientistas interrogavam-se sobre o que poderia ser a sua origem. Os astrónomos que perscrutavam o céu nocturno, aparentemente imóvel, iam detectando ocasionalmente, vindas das profundezas do universo, explosões de luz de alta energia, semelhantes aos disparos de “flash” de uma máquina fotográfica. Essas explosões pareciam impossivelmente poderosas para serem tão brilhantes, vindas de tão longínquas distâncias. Uma única explosão de raios gama pode facilmente ser superior à luminosidade de uma galáxia inteira, que contem centenas de biliões de estrelas. As “explosões de raios gama” (GRBs), são os fenómenos mais brilhantes e mais energéticos do universo conhecido, só sendo suplantadas pelo próprio Big Bang.
Os telescópios mais poderosos podem vê-las no espaço profundo através do universo. E porque quanto mais profundo nós olhamos no espaço, mais distante olhamos no tempo, os astrónomos deveriam ser capazes de ver GRBs do tempo em que muitas das primeiras estrelas se estavam a formar após o Big Bang. Tal não acontece porque as GRBs dessa época longínqua parecem faltar, e os astrónomos estão querendo saber onde estão.
Uma possibilidade é que elas realmente não estejam em falta. Parte do problema é que os perfis da explosão estreitam-se devido à expansão do universo, pelo que se torna difícil reconhecê-los. As explosões podem estar acontecendo, mas nós não damos por elas.


Uma concepção artística de uma explosão de raios gama.

Os astrónomos sabem hoje o que as GRBs de longa duração (> 2 segundos) são, o colapso e explosão de uma estrela ultra-maciça para dar forma no seu núcleo a um buraco negro.
Mas há uma segunda categoria de GRBs, as <2’’.>As explosões de supernovas do tipo que produz GRBs exigem estrelas de grande massa e de baixa “metalicidade” (em Astronomia, “metais" são todos os elementos mais pesados que o hidrogénio ou o hélio). As galáxias maiores tendem a ser mais ricas em metais do que as menores e assim as GRBs evitam aquelas galáxias maiores.

A explicação é simples: os metais numa estrela produzem fortes ventos estrelares e como os átomos dos metais reflectem a luz da estrela, actuando como se fossem a vela de um barco, conseguem um impulso extra, que o hidrogénio e o hélio sozinhos não alcançariam. Todavia, esta actividade origina que parte da massa da estrela se escape para o espaço e por isso as estrelas com uma metalicidade elevada tendem a perder muito da sua massa antes de explodirem. Os metais podem originar uma tão grande perda de massa da estrela que esta, em vez de originar um buraco negro no seguimento da sua explosão e transformação em supernova, pode transformar-se somente numa estrela de neutrões. Nos enxames de galáxias com estrelas de elevada metalicidade, as GRBs são raras, enquanto que as galáxias de formas estranhas, de mais baixa metalicidade, proporcionam as melhores GRBs.

Desde os anos 90 que sabemos que as explosões longas e as explosões curtas, são diferentes e que tal tem a ver com as propriedades dos raios gama. Não somente as explosões curtas são de duração inferior a 2 segundos, como o espectro da luz que elas emitem são diferentes das de duração superior (longas). Os raios gama das GRBs curtas são de alta-tensão, enquanto as longas emitem raios gama de baixa-energia. As diferenças foram evidenciadas em 2005 quando pela primeira vez os telescópios detectaram os vestígios de uma GRB curta. Estes vestígios não continham nenhuma supernova. A causa das explosões curtas permanece contudo desconhecida, mas os cientistas têm boas hipóteses.


Acima: Uma concepção artística da explosão de uma estrela de neutrões.

A teoria principal é que estas explosões curtas são colisões extremamente violentas entre pares de estrelas de neutrões. Estas estrelas não são gigantes como as outras estrelas. Uma estrela de neutrões não é mais que uma espécie de “núcleo atómico” de 12 quilómetros de diâmetro! Ao contrário dos átomos que compõem a matéria bariónica e que são na sua maior parte espaço vazio, uma estrela feita quase inteiramente de neutrões firmemente colados, é extraordinariamente densa: uma porção de uma estrela de neutrões do tamanho de uma unha, teria uma massa de triliões de quilos, pois a densidade e a gravidade de uma estrela de neutrões só são superadas pelas de um buraco negro.

Como poderão então os cientistas saber se esta explanação é verdadeira?
Uma maneira podia ser detectar as ondas gravitacionais. Usando lasers para medir com cuidado as distâncias entre pares de espelhos situados nos observatórios de Hanford, em Washington, e Livingston na Louisiana, os cientistas tentam observar mudanças ínfimas nessa distância, que ocorreriam se as subtis ondas gravitacionais estivessem passando através da Terra.
Outra maneira será detectar o “chirp signal”. Antes que as duas estrelas de neutrões colidam, orbitam uma em redor da outra como um sistema binário e porque os seus campos de gravidade são tão intensos, devem emitir ondas que, segundo Einstein, criam o espaço-tempo: ondas gravitacionais. Essas ondas intersectam-se emitindo um sinal característico, denominado “chirp signal”. É este sinal que os cientistas estão a tentar detectar.

(De 20 a 23 deste mês encontra-se reunido em Huntsville o "Sixth Huntsville Gamma-Ray Burst Symposium 2008”, patrocinado pela NASA. Talvez se consiga avançar no estudo deste fenómeno.)