Augusto César Calígula

Kilonovas

Descoberta e processos de emissão
  • À medida que os rápidos avanços tecnológicos permitem um mergulho mais profundo nos eventos distantes do Universo, a comunidade científica é apresentada com um novo e revolucionário conjunto de dados, perguntas e uma busca incessante por respostas.

    Proposta há quase 20 anos, uma kilonova é um evento astronômico transitório que ocorre durante a fusão de um sistema binário de objetos compactos composto por, pelo menos, uma Estrela de Neutrons. Acredita-se que esse transiente seja alimentado pelo decaimento radioativo de núcleos pesados, produzidos via processo-r, que são ejetados da fusão em velocidades levemente relativísticas de maneira bastante isotrópica. As primeiras sugestões possíveis de kilonovae vieram com a observação dos surtos de raios gama curtos, GRB 080503 e GRB 130603B. No entanto, a confirmação foi difícil devido à fraqueza dos eventos. Com o aumento da sensibilidade da segunda rodada de observações feitas pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) e pela colaboração com o Observatório de Virgo, pela primeira vez na história, um evento transitório foi observado simultaneamente através de ondas gravitacionais e radiação eletromagnética. Tais observações de três componentes diferentes - um conjunto de ondas gravitacionais (GW170817), uma curta emissão de raios gama (GRB 170817A), e um transiente astronômico - demonstraram que a fonte do evento foi a fusão de um sistema binário de estrelas de nêutrons, localizado na galáxia NGC 4993.

    Figura 1: Ilustração da fusão de duas estrelas de nêutrons (GW170817). Um novo estudo sugere que a fusão de estrelas de nêutrons detectada em agosto de 2017 pode ter produzido um buraco negro.

    Embora se espere que a radiação emitida em uma kilonova seja composta principalmente de fontes térmicas, a natureza levemente relativista do material ejetado está indicando um possivel componente não térmico. A observação deste componente, e seu impacto na curva global de luz do kilonova, depende da opacidade do material ejetado. Essa opacidade e sua evolução exigem um cálculo complexo da rede química e, como tal, ainda não têm uma solução analítica completa. Cálculos numéricos detalhados são então necessários.

    Embora os últimos anos tenham sido marcados por avanços surpreendentes no campo, especialmente nas associações Kilonova-GRB-GW, ainda são necessários mais estudos sobre tópicos menos pesquisados de cada componente. Com essa necessidade em mente, neste projeto, propomos o estudo deste componente não térmico, gerado pela desaceleração do material ejetado pelo meio estratificado e / ou homogêneo e produzindo um pós-luminescência de múltiplos comprimentos de onda, através do cálculo analítico de um síncrotron e mecanismo de emissão síncrotron auto-compton (SSC). À medida que um sistema binário se fusiona, o ejecta é lançado em uma faixa de velocidades. Ao levar em consideração um ejecta levemente relativístico, lançado nos primeiros tempos da coalescência, podemos calcular a curva teórica de luz não térmica gerada por esse ejeto quando este é desacelerado pelo meio estratificado e/ou homogêneo. Espera-se que este componente exista e domine os primeiros tempos, desde que o ejecta da kilonova não tenha esfriado o suficiente para se tornar suficientemente opticamente fino para permitir que o componente térmico domine. Resolvendo a solução de Blandford-Mckee, podemos obter o fator Lorentz grupal para o material ejetado, a partir do qual derivamos as curvas de luz não térmicas através de um modelo síncrotron/SSC quebrado.

    Aqui, propomos o estudo deste brilho de comprimento de onda não-térmico para diagnosticar e detectar possíveis candidatos para kilonovas. Estudos numéricos de alto performance serão feitos por mim durante meu doutorado. As pessoas interessadas neste campo de estudo podem entrar em contato diretamente comigo.

    Mais informações sobre kilonovas e ondas gravitacionais podem ser encontradas: aqui.

    GRBs e as Ondas Gravitacionais

    Astronomia multi-mensageiro
  • 17 de Agosto de 2017 foi um dia memorável para a comunidade científica. Às 12:41:06, no fuso horário UTC, o telescópio GBM-Fermi detectou os primeiros sinais da Erupção de Raios Gama GRB170817A, meros 2 segundos após a detecção de uma onda gravitacional pelos observatórios LIGO e Virgo, o GW170817. Não se precisou de muito para fazer a conexão. Enquanto muito sobre o estudo de ambos os eventos ainda se mantém no mundo das proposições, devido a dificuldade de observar todos as épocas envolvidas em tais circunstâncias, há muitos anos já se estabeleceu a possibilidade de que a fusão de um sistema binário de estrelas de nêutrons seria um dos possíveis candidatos a progenitor. Similarmente, tais assumpções foram feitas sobre a coalescência de um sistema NS-NS e a emissão de ondas gravitacionais. Assim, com os dois eventos em mãos, ficou fácil de pressupor que todos os ingredientes eram parte do mesmo prato e que análise do evento GW170817/GRB170817A era de alta importância.

    Muitos estudos foram feitos sobre o par de eventos neste ultimo ano. Modelos eram necessários para se explicar a física envolvida, enquanto resultados deveriam ser consistentes com os dados observados e as presunções teóricas relevantes. Ainda em 2017, Prof. Dr. Nissim Fraija, Prof Dr. Fábio de Colle, Prof. Dr. Simone Dichiara, Mc. Antônio Galvan-Gaméz - Universidad Nacional Autônoma do México – juntamente com Prof. Dr. Peter Veres – University of Alamaba – Prof. Dr. Rodolfo Barniol Duran – Californa State University – e este autor, vêm trabalhando em um modelo apto para descrever o evento GW170817/GRB170817A. Nós propomos que os fluxos de Raios X, Luz Óptica e Rádio observados são consistentes com um modelo de sincrotron visto off-axis enquanto o fluxo de Raios Gama é favorável a um modelo de choque reverso onde a emissão é realizada através de SSC (sincrotron e Compton reverso) observada em altas latitudes. Nós esperamos que este trabalho ajude a interpretar resultados obtidos não só desta, mas também de futuras observações de eventos similares. Além disso, trabalhos complementares sobre a aplicabilidade do modelo para diferentes GRBs (e possível identificação retroativa de eventos ligados a ondas gravitacionais) estão sendo realizados no momentos desta publicação.

    O trabalho referido através deste texto está, atualmente, publicado na revista The Astrophysical Journal. Para visualização de futuras atualizações, revisões, ou simplesmente se deseja matar a curiosidade siga o link abaixo para o arXiv onde poderá acompanhar a versão mais recente.

    Mais informações em: arxiv