Novo modelo explica o que vemos quando um enorme buraco negro devora uma estrela

Ilustração de emissões de um evento de perturbação por forças de maré que mostra o que acontece quando o material de uma estrela dilacerada é devorado por um buraco negro. O material forma um disco de acreção, que aquece e emite vastas quantidades de radiação. As emissões que vemos da Terra dependem do nosso ângulo de visão em relação à orientação do buraco negro.Crédito: Jane Lixin Dai

Uma estrela que vagueia demasiado perto do buraco negro supermassivo no centro da sua galáxia será dilacerada pela gravidade do buraco negro num violento cataclismo chamado TDE ("tidal disruption event", em português evento de perturbação por forças de maré), produzindo um clarão luminoso de radiação. Um novo estudo liderado por astrofísicos teóricos do Instituto Niels Bohr e da Universidade da Califórnia em Santa Cruz fornece um modelo unificado que explica observações recentes desses eventos extremos.

O estudo inovador, publicado na The Astrophysical Journal Letters, fornece uma nova perspetiva teórica para um campo de investigação em rápido crescimento. Somente na última década pudemos distinguir os TDEs de outros fenómenos galácticos, e o novo modelo fornecerá a estrutura básica para entender estes eventos raros," comenta o coautor Enrico Ramirez-Ruiz, professor de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia em Santa Cruz e da Universidade de Copenhaga.

Na maioria das galáxias, o buraco negro central está inativo, não consumindo ativamente nenhum material e, portanto, não emite nenhuma luz. Os eventos de perturbação por forças de maré são raros, ocorrendo apenas uma vez a cada 10.000 anos numa galáxia típica. No entanto, quando uma estrela azarada é dilacerada, o buraco negro é "superalimentado" com detritos estelares por algum tempo e emite radiação intensa.

"É interessante ver como os materiais chegam ao buraco negro sob condições tão extremas," realça a autora principal Jane Lixin Dai, professora assistente da Universidade de Copenhaga, que liderou o estudo. "À medida que o buraco negro consome o gás estelar, é emitida uma grande quantidade de radiação. A radiação é o que podemos observar e graças a ela podemos compreender a física e calcular as propriedades do buraco negro. Isso torna extremamente interessante a caça de eventos de perturbação por forças de maré."

Apesar de se esperar que a mesma física esteja presente em todos os eventos de perturbação por forças de maré, cerca de duas dúzias dos quais foram observados até agora, as propriedades destes eventos mostraram grande variação. Alguns emitem principalmente raios-X, enquanto outros emitem principalmente luz visível e ultravioleta. Os teóricos têm lutado para perceber esta diversidade e para juntar diferentes peças do quebra-cabeças num modelo coerente.

Ângulo de visão

No novo modelo, é o ângulo de visão do observador que explica as diferenças nas observações. As galáxias estão orientadas aleatoriamente em relação à linha de visão dos observadores na Terra, que veem diferentes aspetos de um evento de perturbação por forças de maré dependendo da sua orientação.

"É como se existisse um véu que cobre parte de uma fera," explicou Ramirez-Ruiz. "De alguns ângulos vemos o monstro exposto, mas de outros ângulos vemos um monstro tapado. É o mesmo, mas as nossas perceções são diferentes. O modelo desenvolvido por Dai e colaboradores combina elementos da relatividade geral, dos campos magnéticos, da radiação e da hidrodinâmica do gás. Mostra o que os astrónomos podem esperar ao ver eventos de perturbação por forças de maré de diferentes ângulos, permitindo que os investigadores encaixem diferentes eventos numa estrutura coerente.

De acordo com Dai, espera-se que os levantamentos planeados para os próximos anos forneçam muitos mais dados sobre eventos de perturbação por forças de maré e ajudem a expandir enormemente este campo de pesquisa. Estes incluem o levantamento transiente YSE (Young Supernova Experiment), liderado pelo Centro de Cosmologia DARK no Instituto Niels Bohr e pela Universidade da Califórnia em Santa Cruz, e o LSST (Large Synoptic Survey Telescope) que está sendo construído no Chile.

"Observaremos centenas de milhares de eventos de perturbação por forças de maré nos próximos anos. Fornecerão muitos 'laboratórios' para testar o nosso modelo e para o usar a fim de entender mais sobre os buracos negros," salienta Dai.

FONTE: https://phys.org