Astronomia Multi-mensageira com Ondas Gravitacionais
Uma estrela de neutrões (neutrons) é um objeto extremamente denso e compacto que permanece após o colapso de uma estrela massiva. Estes objectos têm uma massa de cerca de 1,4 vezes a do Sol, mas um raio da ordem de apenas 10 quilômetros (6 milhas). Uma colher de chá de material de uma estrela de neutrões pesaria cerca de um bilhão de toneladas, ou seja, mais do que o peso combinado de todos os seres humanos na Terra. Quando duas estrelas de neutrões orbitam uma em torno da outra num sistema binário e se aproximam do ponto de fusão, emitem ondas gravitacionais que podem ser detectadas a partir da Terra. No entanto, este não é o único sinal que pode ser detectado num evento deste tipo.
A 17 de agosto de 2017, às 14:41:04 CEST, os detetores LIGO e Virgo observaram um sinal de ondas gravitacionais, mais tarde designado por GW170817, que era consistente com a fusão de duas estrelas de neutrões. Apenas 1,7 segundos depois, os satélites Fermi e Integral detectaram independentemente uma erupção de raios gama, designada GRB170817A. A potencial ligação entre estes dois eventos alertou os astrônomos para a possibilidade de encontrarem outras emissões eletromagnéticas de binários de estrelas de neutrões.
Graças à rede de três detetores de ondas gravitacionais ativos, o evento foi localizado numa pequena área do céu na constelação de Hydra, a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra. Em resposta, foi lançada uma campanha de observação envolvendo mais de 70 telescópios em todo o espetro eletromagnético. Menos de 11 horas após a fusão, o Telescópio Swope, no Chile, detetou um transiente ótico brilhante na galáxia NGC 4993, que foi mais tarde observado independentemente por outros telescópios nas bandas do infravermelho e do ultravioleta. Este sinal era consistente com uma kilonova, marcando a primeira detecção segura deste tipo de transiente. Posteriormente, foram detectadas emissões de raios-X e rádio, provenientes de um processo físico diferente do anterior, que foram atribuídas ao brilho residual de GRB170817A. Foi a primeira vez na história da astronomia que um evento foi observado através de diferentes “mensageiros” incluindo ondas gravitacionais. Este facto marcou o nascimento de uma nova era da astronomia, a Astronomia Multi-mensageira com ondas gravitacionais.
Para além disso, a descoberta de GW170817 teve repercussões fundamentais na física e na astronomia. Permitiu ligar definitivamente as erupções de raios gama à fusão de estrelas de neutrões. Foi também possível observar a produção de metais pesados como o ouro, confirmando que estes eventos podem ter um impacto significativo no enriquecimento de metais no nosso Universo. A deteção fornece igualmente informações sobre a equação de estado das estrelas de neutrões, ou seja, uma relação entre pressão e densidade, que descreve a matéria a uma densidade supra-nuclear. Finalmente, a observação conjunta de ondas gravitacionais e sinais eletromagnéticos permitiu uma nova medição da constante de Hubble, uma estimativa da taxa de expansão do Universo.
A observação de outras fontes como GW170817 é fundamental para aprofundar as importantes implicações físicas desta descoberta, embora este seja o único evento multi-mensageiro detectado até agora. De fato, as observações conjuntas de estrelas de neutrões binárias não são facilmente replicáveis. Estas fusões são mais raras do que as de binários de buracos negros e, muitas vezes, a localização da fonte no céu é pouco precisa, o que torna esta observação particularmente complexa, dada a natureza transitória da emissão eletromagnética. A estreita colaboração e o trabalho de equipe entre as comunidades científicas de ondas gravitacionais e de sinais eletromagnéticos são essenciais para abrir caminho à Astronomia Multi-mensageira, continuando a incrível revolução que começou com GW170817.