Astrônomos Observam Como um Buraco Negro Destrói uma Estrela

Uma imagem da galáxia Arp299B, que está passando por um processo de fusão com Arp299A (a galáxia à esquerda), capturada pelo telescópio espacial Hubble. A inserção apresenta uma comcepção artística de um evento de ruptura das marés (TDE), que ocorre quando uma estrela passa muito perto de um buraco negro supermassivo. Um TDE foi recentemente observado perto do centro de Arp299B. Créditos: Sophia Dagnello, NRAO / AUI / NSF; NASA, STScI

Pela primeira vez, os astrônomos observaram diretamente a formação e a expansão de um jato de material ejetado quando a poderosa gravidade de um buraco negro supermassivo rasga uma estrela que se aproxima muito.
Os cientistas acompanharam o evento com telescópios infravermelhos e de rádio, incluindo o Very Long Baseline Array (VLBA) da National Science Foundation e o Telescópio Espacial Spitzer da NASA, em um par de galáxias em colisão chamado Arp 299. As galáxias estão a quase 150 milhões de anos-luz da Terra. No centro de uma das galáxias, um buraco negro 20 milhões de vezes mais massivo que o Sol despedaçou uma estrela com mais que o dobro da massa do Sol, desencadeando uma cadeia de eventos que revelaram detalhes importantes do encontro violento. Os pesquisadores também usaram observações do Arp 299 feitas pelo telescópio espacial Hubble antes e depois do surgimento da erupção.
Apenas um pequeno número dessas destruições estelares, chamadas de eventos de ruptura das marés, ou TDEs, foram detectados. Os teóricos acreditam que o material retirado da estrela condenada forma um disco giratório ao redor do buraco negro, emitindo raios-X e luz visível intensos, e também lança jatos de material para fora dos polos do disco quase à velocidade da luz. "Nunca antes pudemos observar diretamente a formação e a evolução de um jato de um desses eventos", disse Miguel Perez-Torres, do Instituto Astrofísico da Andaluzia, em Granada, na Espanha, e autor de um artigo descrevendo a descoberta.


Descoberta do jato

A primeira indicação da descoberta do jato veio em 30 de janeiro de 2005, quando astrônomos usando o Telescópio William Herschel nas Ilhas Canárias descobriram uma explosão brilhante de emissão infravermelha vinda do núcleo de uma das galáxias em colisão no Arp 299. Em 17 de julho de 2005, o VLBA revelou uma nova e distinta fonte de emissão de rádio do mesmo local.
"Com o passar do tempo, o novo objeto permaneceu brilhante em comprimentos de onda infravermelhos e de rádio, mas não em luz visível e raios X", disse Seppo Mattila, da Universidade de Turku, na Finlândia, outro autor do novo artigo. "A explicação mais provável é que o denso gás interestelar e a poeira perto do centro da galáxia absorveram os raios X e a luz visível, e então a irradiaram como infravermelho". Os pesquisadores usaram o Nordic Optical Telescope nas Ilhas Canárias e o Spitzer para seguir a emissão infravermelha do objeto.

Um diagrama mostrando os componentes do TDE observados no Arp299B (fora de escala). O buraco negro supermassivo (BN) no centro da galáxia é cercado por um meio altamente denso de gás interestelar e poeira. A maioria das emissões óticas e de raios X produzidas pelo evento foram absorvidas e reemitidas nos comprimentos de onda do infravermelho (IF) devido à existência de poeira polar. Poucos meses após a detecção em comprimentos de onda IF, o TDE foi detectado em comprimentos de onda de rádio com a ajuda de uma série muito sensível de radiotelescópios. Créditos: Seppo Mattila, Miguel Pérez-Torres e outros. 2018 (Ciência)

Observações contínuas com o VLBA, a Rede Europeia VLBI (EVN) e outros radiotelescópios, realizados em quase uma década, mostraram a fonte de emissão de rádio se expandindo em uma direção, exatamente como esperado para um jato. A expansão medida indicou que o material no jato se movia a uma média de um quarto da velocidade da luz. As ondas de rádio não são absorvidas pela poeira.
Essas observações usaram múltiplas antenas de telescópios de rádio, separadas por milhares de quilômetros, para obter o poder de resolução, ou capacidade de ver detalhes finos, necessárias para detectar a expansão de um objeto tão distante.


Apetite dos Monstros

A maioria das galáxias tem buracos negros supermassivos, contendo milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, em seus núcleos. Em um buraco negro, a massa é tão concentrada que sua atração gravitacional é tão forte que nem a luz consegue escapar. Quando esses buracos negros supermassivos estão ativamente atraindo material do ambiente, esse material forma um disco giratório ao redor do buraco negro, e jatos super rápidos de partículas são lançados para fora. Este é o fenômeno visto em galáxias de rádio e quasares.
"Na maior parte do tempo, no entanto, os buracos negros supermassivos não estão ativamente devorando nada, então eles estão em um estado silencioso, de hibernação", explicou Perez-Torres. "Os eventos de ruptura das marés podem nos proporcionar uma oportunidade única para avançar nossa compreensão da formação e evolução dos jatos nas vizinhanças desses poderosos objetos".
"Por causa da poeira que absorveu toda a luz visível, este evento específico de ruptura das marés pode ser apenas a ponta do iceberg do que até agora tem sido uma população escondida", disse Mattila. "Ao procurar esses eventos em infravermelho e ondas de rádio, podemos descobrir e aprender muito mais com eles".
Esses eventos podem ter sido mais comuns no universo distante, portanto, estudá-los pode ajudar os cientistas a entender o ambiente no qual as galáxias se desenvolveram bilhões de anos atrás.
A descoberta, disseram os cientistas, foi uma surpresa. A explosão de infravermelho inicial foi descoberta como parte de um projeto que procurava detectar explosões de supernova em tais pares de galáxias em colisão. Observou-se inúmeras explosões estelares em Arp 299, no que foi apelidado de "fábrica de supernovas". Este novo objeto foi originalmente considerado uma explosão de supernova. Somente em 2011, seis anos após a descoberta, a porção de emissão de rádio começou a mostrar um alongamento. Monitoramento subsequente mostrou a expansão crescendo, confirmando que o que os cientistas estavam vendo era um jato, não uma supernova.

Fonte: NASA