Astrônomos testemunham ativação energética de buraco negro

Uma equipe de astrônomos liderada por pesquisadores da Universidade de Birmingham, University College London e Queen’s University Belfast descobriram uma das mais dramáticas “ligações” de um buraco negro já vistas.

Eles apresentarão suas descobertas na terça-feira, 4 de julho, no Encontro Nacional de Astronomia de 2023 em Cardiff. O trabalho também será publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

Esta ilustração mostra uma estrela (em primeiro plano) experimentando espaguetificação ao ser sugada por um buraco negro supermassivo (ao fundo) durante um “evento de ruptura de maré”. Num novo estudo, feito com a ajuda do Very Large Telescope do ESO e do New Technology Telescope do ESO, uma equipa de astrónomos descobriu que quando um buraco negro devora uma estrela, pode lançar uma poderosa explosão de material para o exterior. Crédito: ESO/M. Kornmesser, Atribuição (CC BY 4.0) 

J221951-484240, conhecido como J221951, é um dos mais luminosos transientes – objetos astrofísicos que mudam seu brilho em um curto período de tempo – já registrado. Foi descoberto pela Dra. Samantha Oates, astrônoma da Universidade de Birmingham, e sua equipe, em setembro de 2019, enquanto procurava a luz eletromagnética de um evento de onda gravitacional.

A equipe estava usando o Telescópio Ultravioleta e Óptico a bordo do Observatório Neil Gehrels Swift para procurar uma kilonova, o sinal de uma estrela de nêutrons se fundindo com outra estrela de nêutrons ou um buraco negro. Uma kilonova geralmente aparece azul, depois desbota e fica mais vermelha em uma escala de tempo de dias.

Em vez disso, eles encontraram algo ainda mais incomum: J221951. O transiente apareceu azul, mas não mudou de cor ou desapareceu rapidamente como faria uma kilonova.

Vários telescópios foram usados para acompanhar o J221951 e determinar sua natureza, incluindo o Swift/UVOT e o Hubble Space Telescope da NASA, o South African Large Telescope e instalações do ESO como o Very Large Telescope e o instrumento GROND no MPG/ESO 2.2- telescópio de um metro no Observatório de La Silla.

Um espectro de J221951 obtido com o Telescópio Espacial Hubble descartou a associação de J221951 com o evento de onda gravitacional. Ao examinar o espectro de luz de J221951, a Dra. Oates e sua equipe conseguiram determinar que a fonte está a cerca de 10 bilhões de anos-luz de distância, em contraste com o sinal da onda gravitacional que foi detectado a menos de 0,5 bilhão de anos-luz de distância.

O fato de brilhar tão intensamente a uma distância tão grande faz do J221951 um dos transientes mais luminosos já detectados.

Evidências sugerem que J221951 surgiu como resultado de um buraco negro supermassivo alimentando-se de material circundante muito rapidamente. Uma galáxia vermelha foi observada na localização de J221951 antes de sua detecção, e a localização de J221951 é consistente com o centro da galáxia, onde um enorme buraco negro residiria naturalmente.

Começou a brilhar muito repentinamente – cerca de 10 meses antes da detecção inicial – o que significa que o buraco negro começou a se alimentar muito rapidamente depois de ficar quieto por algum tempo. O espectro ultravioleta mostra características de absorção consistentes com o material empurrado para fora por uma enorme liberação de energia. Isso, combinado com sua grande luminosidade, torna este um dos mais dramáticos ‘liga’ de um buraco negro já visto. 

A equipe identificou dois mecanismos possíveis que poderiam explicar essa alimentação extrema de um buraco negro supermassivo. A primeira é que pode ter sido causada por um evento de ruptura de maré – a ruptura de uma estrela ao passar perto do buraco negro supermassivo no centro de sua galáxia.

A segunda é que pode ter sido produzido por um núcleo galáctico ativo que ‘mudou de estado’ de dormente para ativo. J221951 seria então o sinal de que um buraco negro adormecido no centro da galáxia hospedeira começou a se alimentar de material de um disco de acreção.

O Dr. Matt Nicholl, membro da equipe da Queen’s University Belfast, disse: “Nossa compreensão das diferentes coisas que os buracos negros supermassivos podem fazer se expandiu muito nos últimos anos, com descobertas de estrelas sendo dilaceradas e acumulando buracos negros com enormes luminosidades variáveis.

” Ele acrescenta: “J221951 é um dos exemplos mais extremos de um buraco negro nos pegando de surpresa. O monitoramento contínuo de J221951 para descobrir a liberação total de energia pode nos permitir descobrir se isso é uma ruptura de maré de uma estrela por um buraco negro de rotação rápida, ou um novo tipo de interruptor AGN”.

O Dr. N. Paul Kuin, outro membro da equipe do Mullard Space Science Laboratory da University College London, disse: “A principal descoberta foi quando o espectro ultravioleta do Hubble descartou uma origem galáctica. Isso mostra como é importante manter uma capacidade de espectrógrafo UV espacial para o futuro.”

A Dra. Samantha Oates acrescenta: “No futuro, seremos capazes de obter pistas importantes que ajudarão a distinguir entre o evento de ruptura das marés e os cenários de núcleos galácticos ativos. 

Por exemplo, se J221951 estiver associado a um AGN ativado, podemos esperar que ele pare desaparecendo e aumentando novamente o brilho, enquanto que se J221951 for um evento de interrupção das marés, esperaríamos que continuasse a desaparecer. Precisamos continuar monitorando J221951 nos próximos meses a anos para capturar seu comportamento tardio.”

Fonte: phys.org