Telescópios determinam o horário do “lanche” de um buraco negro

Os astrónomos conseguiram prever corretamente quando é que um buraco negro gigante terminou a sua última refeição – e prever quando será o seu próximo lanche.

Utilizando novos dados do Observatório de raios X Chandra da NASA e do Observatório Neil Gehrels Swift, bem como do XMM-Newton da ESA, uma equipa de investigadores fez importantes progressos na compreensão de como – e quando – este buraco negro supermassivo consome material.

Este resultado baseia-se no estudo de um buraco negro supermassivo – com cerca de 50 milhões de vezes mais massa do que o Sol – no centro de uma galáxia situada a cerca de 860 milhões de anos-luz da Terra.

Em 2018, o levantamento ótico ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae) notou que este sistema se tinha tornado muito mais brilhante. Depois de o observarem com o NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) e Chandra, ambos da NASA, e com o XMM-Newton, os investigadores determinaram que o aumento do brilho resultou de um “evento de perturbação de marés”, que indica que uma estrela foi completamente despedaçada e parcialmente ingerida depois de voar demasiado perto de um buraco negro. Chamaram ao evento de perturbação de marés AT2018fyk.

Quando o material da estrela destruída se aproximou do buraco negro, aqueceu e produziu raios X e ultravioleta (UV). Estes sinais desvaneceram-se, sugerindo que não restava nada da estrela para o buraco negro digerir.

No entanto, cerca de dois anos mais tarde, os raios X e a luz ultravioleta da galáxia voltaram a ficar muito mais brilhantes. De acordo com os astrónomos, a explicação mais plausível é que a estrela provavelmente sobreviveu ao agarrão gravitacional inicial do buraco negro e depois entrou numa órbita altamente elíptica com o buraco negro. Durante a sua segunda aproximação ao buraco negro, mais material foi arrancado, produzindo mais raios X e luz UV.

Estes resultados foram publicados num artigo de 2023 na revista The Astrophysical Journal Letters, liderado por Thomas Wevers, do STscI (Space Telescope Science Institute), em Baltimore, EUA.

“Inicialmente, pensámos que se tratava de um caso típico de um buraco negro que despedaça totalmente uma estrela”, disse Wevers. “Mas, em vez disso, a estrela parece estar a viver para morrer mais um dia.”

Com base no que aprenderam sobre a estrela e a sua órbita, Wevers e a sua equipa previram que a segunda refeição do buraco negro terminaria em agosto de 2023, e pediram tempo de observação ao Chandra para verificar.

“O sinal revelador do fim deste petisco estelar seria uma queda súbita nos raios X e é exatamente isso que vemos nas nossas observações do Chandra no dia 14 de agosto de 2023”, disse Dheeraj Pasham, do MIT (Massachusetts Institute of Technology), líder de um novo artigo científico sobre estes resultados. “Os nossos dados mostram que, em agosto do ano passado, o buraco negro estava essencialmente a limpar a boca e a afastar-se da mesa”.

Novos dados obtidos pelo Chandra e pelo Swift após a conclusão do artigo científico de 2023 dão aos investigadores uma estimativa ainda melhor do tempo que a estrela demora a completar uma órbita e das futuras horas de refeição do buraco negro. Determinaram que a estrela se aproxima do buraco negro uma vez em cada três anos e meio.

“Pensamos que uma terceira refeição do buraco negro, se ainda restar alguma coisa da estrela, terá início entre maio e agosto de 2025 e durará quase dois anos”, disse Eric Coughlin, coautor do novo artigo, da Universidade de Syracuse, em Nova Iorque. “Provavelmente, será mais um lanche do que uma refeição completa, porque a segunda refeição foi mais pequena do que a primeira e a estrela está a ser reduzida”.

Os autores pensam que a estrela condenada tinha originalmente outra estrela como companheira à medida que se aproximava do buraco negro. No entanto, quando o par estelar se aproximou demasiado do buraco negro, a gravidade do buraco negro separou as duas estrelas. Uma entrou em órbita com o buraco negro e a outra foi projetada para o espaço a grande velocidade.

“A estrela condenada foi forçada a fazer uma mudança drástica de companheira – de outra estrela para um buraco negro gigante”, disse o coautor Muryel Guolo da Universidade Johns Hopkins em Baltimore. “A sua parceira estelar escapou, mas ela não”.

A equipa planeia continuar a seguir AT2018fyk durante o máximo de tempo possível para estudar o comportamento de um sistema tão exótico.

O artigo científico que descreve estes resultados aparece na edição mais recente da The Astrophysical Journal Letters e está disponível online.

// Chandra/Harvard (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais:

AT2018fyk:
TNS

Evento de perturbação de marés:
Wikipedia

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

Observatório de raios X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
Wikipedia

Observatório XMM-Newton:
ESA
Wikipedia

Observatório Neil Gehrels Swift:
NASA
Wikipedia

NICER:
NASA
Wikipedia

Levantamento ASAS-SN:
Universidade Estatal do Ohio
Universidade Estatal do Ohio #2
Wikipedia