21/12/2022 - 7:07
Observações recentes de um buraco negro devorando uma estrela errante podem ajudar os cientistas a entender os comportamentos alimentares mais complexos dos buracos negros.
- Detectado mais distante buraco negro engolindo uma estrela
- Misterioso clarão é jato de buraco negro que aponta diretamente para a Terra
- Galáxia sobrevive ao banquete de buraco negro – por enquanto
Vários telescópios da Nasa observaram recentemente um enorme buraco negro destruindo uma estrela que se aproximou demais dele. Localizado a cerca de 250 milhões de anos-luz da Terra, no centro de outra galáxia, esse foi o quinto exemplo mais próximo de um buraco negro destruindo uma estrela já observado.
Depois que a estrela foi completamente dilacerada pela gravidade do buraco negro, os astrônomos viram um aumento dramático na luz de raios X de alta energia ao redor do buraco negro. Isso indicou que, à medida que o material estelar foi puxado em direção ao seu destino, formou uma estrutura extremamente quente acima do buraco negro chamada coroa.
O satélite NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescopic Array) da Nasa é o telescópio espacial mais sensível capaz de observar esses comprimentos de onda de luz, e a proximidade do evento forneceu uma visão sem precedentes da formação e evolução da coroa, de acordo com um novo estudo publicado na revista The Astrophysical Journal.
Gás quente acumulado
O trabalho demonstra como a destruição de uma estrela por um buraco negro – um processo formalmente conhecido como evento de ruptura de maré – pode ser usado para entender melhor o que acontece com o material capturado por um desses gigantes antes de ser totalmente devorado.
A maioria dos buracos negros que os cientistas podem estudar é cercada por gás quente que se acumulou ao longo de muitos anos, às vezes milênios, e formou discos com bilhões de quilômetros de largura. Em alguns casos, esses discos brilham mais do que galáxias inteiras. Mesmo em torno dessas fontes brilhantes, mas especialmente em torno de buracos negros muito menos ativos, uma única estrela sendo dilacerada e consumida se destaca.
E do início ao fim, o processo geralmente leva apenas semanas ou meses. A observabilidade e a curta duração dos eventos de perturbação das marés os tornam especialmente atraentes para os astrônomos, que podem separar como a gravidade do buraco negro manipula o material ao seu redor, criando shows de luz incríveis e novas características físicas.
“Os eventos de ruptura das marés são uma espécie de laboratório cósmico”, disse a coautora do estudo Suvi Gezari, astrônoma do Space Telescope Science Institute em Baltimore (EUA). “Eles são nossa janela para a alimentação em tempo real de um enorme buraco negro à espreita no centro de uma galáxia.”
Quando uma estrela se aproxima muito de um buraco negro, a intensa gravidade esticará a estrela até que ela se torne um longo rio de gás quente, conforme mostrado nesta animação. O gás é então girado em torno do buraco negro e gradualmente colocado em órbita, formando um disco brilhante. Crédito: Laboratório de Comunicação Científica/DESY
Sinal surpreendente
O foco do novo estudo é um evento chamado AT2021ehb, que ocorreu em uma galáxia com um buraco negro central com cerca de 10 milhões de vezes a massa do nosso Sol (aproximadamente a diferença entre uma bola de boliche e o Titanic). Durante esse evento de ruptura das marés, o lado da estrela mais próximo do buraco negro foi puxado com mais força do que o outro lado da estrela, esticando tudo e deixando nada além de um longo espaguete de gás quente.
Os cientistas acham que o fluxo de gás gira em torno de um buraco negro durante esses eventos, colidindo consigo mesmo. Acredita-se que isso crie ondas de choque e fluxos externos de gás que geram luz visível , bem como comprimentos de onda não visíveis ao olho humano, como luz ultravioleta e raios X. O material então começa a se acomodar em um disco girando em torno do buraco negro como água circulando em um ralo, com atrito gerando raios X de baixa energia. No caso do AT2021ehb, essa série de eventos ocorreu em apenas 100 dias.
O evento foi detectado pela primeira vez em 1º de março de 2021, pelo Zwicky Transient Facility (ZTF), localizado no Observatório Palomar, no sul da Califórnia. Posteriormente, foi estudado pelo Observatório Neil Gehrels Swift da Nasa e pelo telescópio Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) (que observa comprimentos de onda de raios X mais longos do que o Swift).
Então, cerca de 300 dias após o evento ter sido detectado pela primeira vez, o NuSTAR da Nasa começou a observar o sistema. Os cientistas ficaram surpresos quando o NuSTAR detectou uma coroa – uma nuvem de plasma quente, ou átomos de gás com seus elétrons arrancados –, já que as coroas geralmente aparecem com jatos de gás que fluem em direções opostas de um buraco negro.
Observação inesperada
No entanto, com o evento de maré AT2021ehb, não houve jatos, o que tornou a observação da coroa inesperada. As coroas emitem raios X de maior energia do que qualquer outra parte de um buraco negro, mas os cientistas não sabem de onde vem o plasma ou exatamente como ele fica tão quente.
“Nunca vimos um evento de perturbação das marés com emissão de raios X como este sem a presença de um jato, e isso é realmente espetacular porque significa que podemos potencialmente separar o que causa jatos e o que causa coroas”, disse Yuhan Yao, pós-graduanda no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech, em Pasadena, Califórnia) e principal autora do novo estudo. “Nossas observações do AT2021ehb estão de acordo com a ideia de que os campos magnéticos têm algo a ver com a maneira como a coroa se forma, e queremos saber o que está levando esse campo magnético a ficar tão forte”.
Yao também está liderando um esforço para procurar mais eventos de interrupção das marés identificados pela ZTF e depois observá-los com telescópios como Swift, NICER e NuSTAR. Cada nova observação oferece o potencial para novos conhecimentos ou oportunidades de confirmar o que foi observado no AT2021ehb e outros eventos de perturbação das marés. “Queremos encontrar o máximo possível”, disse Yao.
