Buraco negro destrói uma estrela e "vai atrás" de outra

Um enorme buraco negro destruiu uma estrela e agora está usando esses destroços estelares para destruir outra estrela ou buraco negro menor que costumava estar limpo.

Raios X: NASA/CXC/Queen's University de Belfast/M. Nicholl et al.; ótico/IR: PanSTARRS, NSF/Legacy Survey/SDSS; ilustração - Soheb Mandhai/The Astro Phoenix; processamento de imagem - NASA/CXC/SAO/N. Wolk 

Esta descoberta, feita pelo Observatório de Raios X Chandra da NASA, pelo Telescópio Espacial Hubble, pelo NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer), pelo Observatório Neil Gehrels Swift e outros telescópios, ajuda os astrônomos a ligar dois mistérios onde antes havia apenas indícios de uma conexão.

Em 2019, astrônomos testemunharam o sinal de uma estrela que chegou muito perto de um buraco negro e foi destruída pelas forças gravitacionais do buraco negro. Uma vez despedaçada, os restos da estrela formam um disco que circula ao redor do buraco negro, como um tipo de cemitério estelar.

Ao longo de alguns anos, no entanto, esse disco se expandiu para fora e agora está diretamente no caminho de outra estrela, ou possivelmente um buraco negro de massa estelar, orbitando o buraco negro massivo a uma distância previamente segura. Essa estrela em órbita agora está colidindo repetidamente com o disco de detritos, cerca de uma vez a cada 48 horas, enquanto circula. Quando isso acontece, a colisão causa rajadas de raios X que os astrônomos capturaram com o Chandra.

“Imagine um mergulhador entrando repetidamente em uma piscina e criando um respingo toda vez que entra na água”, disse Matt Nicholl da Queen's University Belfast, Reino Unido, o principal autor do estudo que aparece na edição atual da Nature. “A estrela nesta comparação é como o mergulhador e o disco é a piscina, e cada vez que a estrela atinge a superfície, ela cria um enorme 'respingo' de gás e raios X. Conforme a estrela orbita ao redor do buraco negro, ela faz isso repetidamente.”

Cientistas documentaram muitos casos em que um objeto chega muito perto de um buraco negro e é despedaçado em uma única explosão de luz. Os astrônomos chamam isso de "eventos de interrupção de maré". Nos últimos anos, os astrônomos também descobriram uma nova classe de flashes brilhantes dos centros das galáxias, que são detectados apenas em raios X e se repetem muitas vezes.

Esses eventos também estão conectados a buracos negros supermassivos, mas os astrônomos não conseguiram explicar o que causou as explosões semirregulares de raios X. Eles as apelidaram de "erupções quase periódicas".

“Houve especulações febris de que esses fenômenos estavam conectados, e agora descobrimos a prova de que estão”, disse o coautor Dheeraj Pasham do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. “É como obter um dois por um cósmico em termos de resolução de mistérios.”

Este evento de interrupção de maré, agora conhecido como AT2019qiz, foi descoberto pela primeira vez por um telescópio óptico de campo amplo no Observatório Palomar, chamado Zwicky Transient Facility, em 2019. Em 2023, os astrônomos usaram o Chandra e o Hubble para estudar os detritos deixados para trás após o fim da interrupção da maré.

Os dados do Chandra foram obtidos durante três observações diferentes, cada uma separada por cerca de 4 a 5 horas. A exposição total de cerca de 14 horas do tempo do Chandra revelou apenas um sinal fraco no primeiro e último bloco, mas um sinal muito forte na observação do meio.

De lá, Nicholl e seus colegas usaram o NICER para observar frequentemente o AT2019qiz em busca de repetidas explosões de raios X. Os dados do NICER mostraram que o AT2019qiz entra em erupção aproximadamente a cada 48 horas. Observações do Swift e do telescópio AstroSat da Índia consolidaram a descoberta.

Os dados ultravioleta do Hubble, obtidos ao mesmo tempo que as observações do Chandra, permitiram que os cientistas determinassem o tamanho do disco ao redor do buraco negro supermassivo. Eles descobriram que o disco havia se tornado grande o suficiente para que, se qualquer objeto estivesse orbitando o buraco negro com um período de cerca de uma semana ou menos, ele colidisse com o disco e causasse erupções.

“Este é um grande avanço em nossa compreensão da origem dessas erupções regulares”, disse Andrew Mummery, da Universidade de Oxford. “Agora percebemos que precisamos esperar alguns anos para que as erupções 'se liguem' depois que uma estrela foi despedaçada, porque leva algum tempo para o disco se espalhar o suficiente para encontrar outra estrela.”

Este resultado tem implicações para a busca por mais erupções quase periódicas associadas a perturbações de maré. Encontrar mais dessas permitiria aos astrônomos medir a prevalência e as distâncias de objetos em órbitas próximas ao redor de buracos negros supermassivos.

Alguns deles podem ser excelentes alvos para os futuros observatórios de ondas gravitacionais planejados. As missões da NASA são parte de uma rede mundial crescente de missões com capacidades diferentes, mas complementares, observando mudanças como essas para resolver mistérios de como o universo funciona.

Fonte: Chandra