Nascido na luz, conduzindo à escuridão.

O que sabemos sobre o nascimento de um buraco negro tradicionalmente se alinha com a nossa percepção dos próprios buracos negros: escuros, misteriosos e estranhamente silenciosos, apesar de sua massa e influência. Buracos negros de massa estelar nascem do colapso gravitacional final de estrelas massivas com dezenas de vezes a massa do nosso Sol que, diferentemente de estrelas menos massivas, não produzem explosões brilhantes de supernova. 

Imagem da supernova SN 2022esa (marcada com uma cruz) com sua galáxia hospedeira, 2MFGC 13525, obtida pelo telescópio Subaru em 13 de junho de 2023. Nesta fase tardia (cerca de um ano após a descoberta), a supernova tornou-se mais de 100 vezes mais fraca do que seu brilho inicial. A identidade espectral de supernovas do tipo Ic-CSM geralmente só pode ser extraída em uma fase tão tardia, exigindo observações dedicadas com um telescópio de 8 metros, como o telescópio Subaru. (Universidade de Kyoto / Keiichi Maeda)

Ou pelo menos, era o que os astrônomos pensavam anteriormente, porque ninguém havia observado em tempo real o colapso de uma estrela massiva levando a uma supernova e à formação de um buraco negro. Isso até que uma equipe de pesquisadores da Universidade de Kyoto relatou suas observações da SN 2022esa .

A equipe de Kyoto questionava-se se todas as estrelas massivas — aquelas com pelo menos 30 vezes a massa do Sol — morrem silenciosamente sem uma explosão de supernova, ou se, em alguns casos, são acompanhadas por uma explosão de supernova energética e brilhante, de um tipo especial. Os astrônomos então descobriram uma supernova do tipo Ic-CSM que parecia ser a explosão de uma estrela Wolf-Rayet , tão incompreensivelmente massiva e luminosa que os astrônomos acreditam que elas sejam as progenitoras da formação de buracos negros.

Para investigar a natureza dessa supernova peculiar, a equipe de pesquisa utilizou tanto o telescópio Seimei em Okayama quanto o telescópio Subaru no Havaí. A equipe conseguiu observar e classificar a SN 2022esa como uma supernova do tipo Ic-CSM, demonstrando que o nascimento de um buraco negro não é necessariamente silencioso, já que este pôde ser observado com sinais eletromagnéticos.

Eles também descobriram outra coisa: a supernova apresenta um período claro e estável de cerca de um mês na evolução de sua curva de luz, levando a equipe a concluir que ela foi criada por erupções periódicas estáveis ​​do sistema estelar, uma vez por ano, antes da explosão. Tal periodicidade estável só é possível em um sistema binário, então o progenitor deve ter sido uma estrela Wolf-Rayet formando um sistema binário com outra estrela massiva, ou mesmo um buraco negro. O destino de tal sistema, determinaram eles, deve ser o de um sistema binário de buracos negros.

"O destino das estrelas massivas, o nascimento de um buraco negro, ou mesmo de um sistema binário de buracos negros, são questões muito importantes em astronomia", afirma o primeiro autor, Keiichi Maeda. "Nosso estudo oferece uma nova direção para a compreensão de toda a história evolutiva das estrelas massivas até a formação de sistemas binários de buracos negros."

Este estudo também demonstra os benefícios de se utilizar dois telescópios diferentes com propriedades observacionais distintas. Neste caso, a flexibilidade e a rapidez do Seimei, combinadas com a alta sensibilidade do Subaru, provaram ser uma combinação eficaz. A equipe planeja continuar a pesquisa utilizando ambos os telescópios nos próximos anos. 

 "Esperamos muitas descobertas interessantes sobre a natureza dos fenômenos transitórios astronômicos e explosões como supernovas", diz Maeda.

Universidade de Quioto