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Os buracos negros supermassivos situam-se nos centros da maioria das galáxias. As suas massas variam de centenas de milhares a milhares de milhões de vezes a massa do nosso Sol. Apesar disso, os buracos negros são elusivos, aprisionando a luz e permanecendo difíceis de detetar.
Um buraco negro supermassivo oculto pode ser encontrado quando uma estrela vagueia perto dele. A estrela é rasgada por fortes forças de maré, formando um disco de detritos estelares sobre os quais o buraco negro se alimenta. Raios-X, UV, luz visível e rádio podem ser detetados durante este processo conhecido como um evento de perturbação de marés.
Crédito: ESA
Não totalmente destruída
Os típicos eventos de perturbação de marés exibem um surto brilhante de luz, que dura alguns meses durante os quais o buraco negro consome a estrela. No entanto, o XMM-Newton observou dois novos surtos com comportamento peculiar. Estas erupções brilham repetidamente em raios-X e luz UV após a primeira erupção, sugerindo que as estrelas não foram totalmente destruídas durante o encontro inicial com os buracos negros.
Os estudos liderados pelos astrónomos Thomas Wevers do ESO e Zhu Liu do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre, Alemanha, revelam que parte das estrelas pode ter sobrevivido ao primeiro ataque dos buracos negros. Os dados dos raios-X e UV sugerem que partes das estrelas não são totalmente consumidas, continuam a sua órbita e encontram novamente o buraco negro perturbador, levando a erupções recorrentes. Esta atividade é chamada um evento de perturbação parcial de marés.
Os astrónomos encontraram erupções repetidas de duas galáxias separadas que albergam buracos negros supermassivos. Estas galáxias encontram-se muito para além da periferia da Via Láctea, a distâncias de quase 900 milhões de anos-luz e mil milhões de anos-luz.
Um dos eventos de novo aumento de brilho, chamado eRASSt J045650.3−203750, foi descoberto pelo telescópio de raios-X eROSITA a bordo da missão SXG (Spectrum-X-Gamma ou Spektr-RG). As observações do XMM-Newton em 2021 e 2022, por uma equipa liderada por Zhu, descobriram que o surto original foi seguido por explosões repetidas aproximadamente a cada 223 dias.
Zhu explica: “Os resultados da nossa primeira observação XMM-Newton foram surpreendentes. O buraco negro mostrou um escurecimento drástico de raios-X, em comparação com quando tinha sido descoberto duas semanas antes pelo telescópio eROSITA. As observações de acompanhamento com o XMM-Newton e outros instrumentos confirmaram as nossas especulações de que este comportamento estava a ser provocado por um evento de perturbação parcial de marés”.
O outro evento de perturbação de marés, chamado AT2018fyk, foi descoberto pelo ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae). Brilhou no ultravioleta e em raios-X durante pelo menos 500 dias, seguido de um súbito escurecimento. Em maio de 2022, Thomas e colegas utilizaram o XMM-Newton para estudar o aumento dramático de brilho dos raios-X e da luz UV 1200 dias após o seu primeiro aparecimento.
Regressando à teoria
“Ao início, ficámos absolutamente perplexos com o que poderiam significar estes novos aumentos de brilho. Tivemos de voltar atrás e avaliar todas as opções possíveis para explicar o comportamento observado. Foi um momento muito excitante quando percebemos que o modelo para um evento de perturbação de marés repetitivo podia reproduzir os dados observados”, acrescenta Thomas.
No total, mais de cinco dias de observações do XMM-Newton foram usados para monitorizar a mudança de raios-X proveniente destas fontes. O extremamente sensível instrumento EPIC (European Photon Imaging Camera), a bordo do XMM-Newton, ajudou a estudar em grande detalhe o material quente que rodeava os buracos negros.
William Alston, investigador da ESA, explica o significado dos resultados. “Estas novas observações são incrivelmente interessantes para o estudo da influência dos buracos negros supermassivos. Em eventos típicos de perturbação de marés, só esperamos ver um segundo surto daqui a alguns milhares de anos. Com erupções repetidas a ocorrerem tão rapidamente, a órbita da estrela perturbada deve ter passado bem perto do buraco negro supermassivo. Estes novos estudos sugerem que a estrela perturbada é puxada para uma órbita próxima depois de ser arrancada de um sistema binário pelo buraco negro supermassivo central”.
As equipas que fizeram a nova descoberta estendem-se por todo o mundo – além do XMM-Newton e eROSITA, os estudos envolvem outras missões, incluindo o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA, o ATCA (Australia Telescope Compact Array) e o NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) a bordo da Estação Espacial Internacional. As colaborações permitiram com que estes eventos cósmicos sem precedentes fossem observados, modelados e compreendidos com o detalhe máximo.
Crédito: ESA – D. Ducros
Normalmente escuros e silenciosos
Algumas galáxias estão constantemente ativas, emitindo erupções enquanto o buraco negro supermassivo puxa continuamente material gasoso para a sua órbita. Os dois novos eventos observados pelo XMM-Newton, no entanto, provêm de buracos negros que geralmente são escuros e quietos, até que uma estrela se aproxima. Estes eventos são a primeira vez que explosões repetidas foram detetadas a partir de galáxias inativas. Os resultados destes estudos foram publicados em dois artigos científicos, um na revista Astronomy & Astrophysics e o outro na revista The Astrophysical Journal Letters.
Desde a sua descoberta, na década de 1990, que foram observados quase 100 eventos de perturbação de marés. As observações do XMM-Newton são vitais para compreender melhor os buracos negros supermassivos, difíceis de observar, que se encontram no centro de grandes galáxias como a nossa.
Ambos os eventos de perturbação parcial de marés serão acompanhados de perto durante os futuros períodos previstos de novo aumento de brilho, a fim de confirmar estas descobertas e de fazer novas. Os observadores poderão ser recebidos com silêncio, indicando que a alimentação da estrela pelo buraco negro ficou concluída no episódio anterior. Esperam-se mais tempos turbulentos – começou a caça por semelhantes eventos de perturbação parcial de marés.
// ESA (comunicado de imprensa)
// Instituto Max Planck para Física Extraterrestre (comunicado de imprensa)
// Universidade de Syracuse (comunicado de imprensa)
// Artigo científico por Wevers et al. (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico por Wevers et al. (arXiv.org)
// Artigo científico por Liu et al. (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico por Liu et al. (arXiv.org)
Saiba mais:
Notícias relacionadas:
EurekAlert!
SPACE.com
New Scientist
ScienceDaily
PHYSORG
AT2018fyk:
TNS
Evento de perturbação de marés:
Wikipedia
Buraco negro supermassivo:
Wikipedia
Observatório XMM-Newton:
ESA
Wikipedia
eROSITA:
Instituto Max Planck para Física Extraterrestre
Wikipedia
Missão SXG:
Wikipedia
Levantamento ASAS-SN:
Universidade Estatal do Ohio
Universidade Estatal do Ohio #2
Wikipedia
Observatório Neil Gehrels Swift:
NASA
Wikipedia
