Em 9 de outubro de 2022, um flash de raios gama de alta intensidade foi detectado pelo satélite Swift da NASA vindo de uma galáxia a 1,9 bilhão de anos-luz de distância. Apelidado de "BOAT" - o "mais brilhante de todos os tempos" - o GRB 221009A era tão excepcionalmente poderoso que realmente enviou ondas de choque através da ionosfera da Terra, a camada externa da atmosfera do nosso planeta.

"Se tivesse acontecido muito mais perto, teria sido muito ruim", diz Brendan O'Connor, astrônomo da Universidade George Washington.

Um GRB "longo" (o que significa que a explosão de raios gama pode durar vários minutos) desse tipo é normalmente o resultado da morte de uma estrela massiva, entre 8 e 30 vezes a massa do nosso sol. À medida que fica sem combustível em seu núcleo, a estrela se contrai e depois colapsa para formar uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. No processo, as camadas externas da estrela desmoronam ao seu redor, formando um disco giratório de gás que campos magnéticos poderosos varrem e se afastam em dois jatos ferozes que se movem perto da velocidade da luz. As partículas carregadas que giram em torno dos campos magnéticos desses jatos liberam raios gama.

Embora a maioria dos GRBs desse tipo ocorra muito mais longe, a relativa proximidade do GRB 221009A deu aos astrônomos uma visão sem precedentes de seu motor central. Na verdade, a combinação de brilho intenso e proximidade é tão rara que os astrônomos não esperam ver outro GRB como ele por mais 1.000 anos em média.

"Sabíamos que provavelmente nunca mais teríamos essa oportunidade", diz Gokul Srinivasaragavan, Ph.D. estudante da Universidade de Maryland.

Usando o telescópio Gemini South, metade do Observatório Internacional Gemini operado pelo NOIRLab da NSF, os autores de dois artigos sobre esta descoberta, O'Connor e Srinivasaragavan, observaram a explosão associada ao GRB 221009A.

Um artigo, publicado na Science Advances , examina o "ângulo de abertura" do jato GRB, que pode fornecer informações sobre o processo que emite os raios gama. O segundo artigo, publicado no The Astrophysical Journal Letters, descreve a busca pela contraparte óptica do GRB – uma supernova.

Normalmente, os jatos de raios gama de um GRB são bastante estreitos, o que significa que comparativamente poucos são apontados para nós. Isso limita quantos GRBs podemos detectar; se eles não estiverem apontados para nós, não podemos detectá-los.

Este ângulo de abertura estreito é o resultado dos campos magnéticos fortemente enrolados que restringem o jato de partículas. No entanto, GRB 221009A era diferente. Usando o instrumento Multi-Object Spectrograph (GMOS) da Gemini South, a equipe de O'Connor determinou que o jato de GRB 221009A exibia uma forma que não foi vista nos jatos de outras explosões de raios gama.

O jato exibia um núcleo estreito cercado por asas largas e inclinadas. Essas características geralmente não são observadas, o que é intrigante, porque se esses jatos em forma de asa acontecessem com frequência, os astrônomos esperariam ter detectado mais deles até agora. Em vez disso, essas asas largas devem ser muito raras, tão raras quanto GRB 221009A é brilhante.

“Deve haver algo nesses jatos largos que seja exclusivo dos GRBs ultrapoderosos”, diz O'Connor. “Essa forma particular de jato pode ser a assinatura das explosões mais violentas e explica por que continuamos vendo seu brilho óptico e infravermelho meses após a explosão”.

Falando do brilho óptico, Srinivasaragavan liderou a busca pela supernova que a acompanha – a luz visível da explosão estelar. Usando o Gemini South, bem como o GROWTH-India Telescope, o Lowell Discovery Telescope no Arizona e o Liverpool Telescope em Tenerife, Espanha, o grupo de Srinivasaragavan conseguiu encontrar evidências da supernova, que agora é conhecida como SN 2022xiw.

A supernova SN 2022xiw revelou-se surpreendentemente abaixo do esperado e não muito diferente de outras supernovas.

“Descobrimos que a supernova de colapso do núcleo associada a GRB 221009A não é mais enérgica ou mais brilhante do que as outras associadas a longas explosões de raios gama previamente estudadas”, diz Srinivasaragavan. “Isso vai contra nossas expectativas ingênuas de que uma explosão de raios gama longa e mais poderosa levará a uma supernova de colapso do núcleo mais poderosa”.

A partir do brilho da supernova, Srinivasaragavan e O'Connor calcularam que entre 3,5 e 11,1 massas solares de material foram ejetadas pela explosão estelar. Isso representa até 11 sóis de material soprado para longe em apenas alguns segundos e mais energia liberada nesse tempo do que o sol produzirá em toda a sua vida.

O detalhe com que os astrônomos conseguiram observar GRB 221009A abrirá caminho para uma maior compreensão do mecanismo que produz um longo GRB quando uma estrela massiva termina sua vida. Também pode se tornar uma espécie de "pedra de Roseta" para futuros GRBs ultraluminosos observados a distâncias maiores.

Até então, a raridade do GRB 221009A significa que ele durará muito na memória, diz Srinivasaragavan. "Foi um dos eventos mais emocionantes da memória recente para a comunidade astrofísica como um todo."