Morte de uma estrela revela buraco negro de médio porte à espreita em uma galáxia anã

Um buraco negro de massa intermediária à espreita sem ser detectado em uma galáxia anã revelou-se aos astrônomos quando engoliu uma estrela azarada que se desviou muito perto. A destruição da estrela, conhecida como um "evento de ruptura das marés" ou TDE, produziu um clarão de radiação que superou brevemente a luz estelar combinada da galáxia anã hospedeira e poderia ajudar os cientistas a entender melhor as relações entre buracos negros e galáxias.

Os astrônomos descobriram uma estrela sendo despedaçada por um buraco negro na galáxia SDSS J152120.07+140410,5, a 850 milhões de anos-luz de distância. Pesquisadores apontaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA para examinar as consequências, chamada AT 2020neh, que é mostrada no centro da imagem. A câmera ultravioleta do Hubble viu um anel de estrelas sendo formado ao redor do núcleo da galáxia onde está localizado at 2020neh. Crédito: NASA, ESA, Ryan Foley/UC Santa Cruz

O clarão foi capturado por astrônomos com o Young Supernova Experiment (YSE), uma pesquisa projetada para detectar explosões cósmicas e eventos astrofísicos transitórios. Uma equipe internacional liderada por cientistas da UC Santa Cruz, do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague e da Universidade do Estado de Washington relatou a descoberta em um artigo publicado em 10 de novembro na Nature  Astronomy.

"Essa descoberta criou uma excitação generalizada porque podemos usar eventos de perturbação das marés não apenas para encontrar buracos negros de massa intermediária em galáxias anãs silenciosas, mas também para medir suas massas", disse o coautor Ryan Foley, professor assistente de astronomia e astrofísica da UC Santa Cruz, que ajudou a planejar a pesquisa da YSE.

A primeira autora Charlotte Angus, do Instituto Niels Bohr, disse que as descobertas da equipe fornecem uma linha de base para estudos futuros de buracos negros de médio porte.

"O fato de termos sido capazes de capturar esse buraco negro de médio porte enquanto ele devorava uma estrela nos ofereceu uma oportunidade notável de detectar o que de outra forma teria sido escondido de nós", disse Angus. "Além disso, podemos usar as propriedades do próprio sinalizador para entender melhor esse grupo esquivo de buracos negros de peso médio, o que poderia explicar a maioria dos buracos negros nos centros das galáxias."

Buracos negros supermassivos são encontrados nos centros de todas as galáxias massivas, incluindo nossa própria Via Láctea. Os astrônomos conjecturam que essas bestas maciças, com milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol, poderiam ter crescido de buracos negros de "massa intermediária" menores com milhares a centenas de milhares de massas solares.

Uma teoria de como buracos negros tão massivos foram montados é que o universo primitivo era desenfreado com pequenas galáxias anãs com buracos negros de massa intermediária. Com o tempo, essas galáxias anãs teriam se fundido ou sido devoradas por galáxias mais massivas, seus núcleos combinando cada vez para construir a massa no centro da galáxia em crescimento. Esse processo de fusão acabaria por criar os buracos negros supermassivos vistos hoje.

"Se pudermos entender a população de buracos negros de massa intermediária lá fora — quantos existem e onde eles estão localizados — podemos ajudar a determinar se nossas teorias de formação de buracos negros supermassivos estão corretas", disse o coautor Enrico Ramirez-Ruiz, professor de astronomia e astrofísica da UCSC e professor Niels Bohr da Universidade de Copenhague.

Mas todas as galáxias anãs têm buracos negros de médio porte?

"Isso é difícil de afirmar, porque detectar buracos negros de massa intermediária é extremamente desafiador", disse Ramirez-Ruiz.

Técnicas clássicas de caça a buracos negros, que procuram alimentar ativamente buracos negros, muitas vezes não são sensíveis o suficiente para descobrir buracos negros nos centros de galáxias anãs. Como resultado, apenas uma fração minúscula de galáxias anãs é conhecida por hospedar buracos negros de massa intermediária. Encontrar mais buracos negros de médio porte com eventos de perturbação das marés pode ajudar a resolver o debate sobre como os buracos negros supermassivos se formam.

"Uma das maiores questões abertas da astronomia é atualmente como os buracos negros supermassivos se formam", disse a coautora Vivienne Baldassare, professora de física e astronomia da Universidade Estadual de Washington.

Dados do Young Supernova Experiment permitiram que a equipe detectou os primeiros sinais de luz quando o buraco negro começou a comer a estrela. Capturar este momento inicial foi fundamental para desvendar o tamanho do buraco negro, porque a duração desses eventos pode ser usada para medir a massa do buraco negro central. Este método, que até agora só tinha sido mostrado para funcionar bem para buracos negros supermassivos, foi proposto pela primeira vez por Ramirez-Ruiz e pela coautora Brenna Mockler na UC Santa Cruz.

"Este sinalizador foi incrivelmente rápido, mas como nossos dados da YSE nos deram muitas informações iniciais sobre o evento, fomos realmente capazes de fixar a massa do buraco negro usando-o", disse Angus.

Fonte: phys.org