Astrônomos identificam 18 buracos negros devorando estrelas próximas
As detecções mais do que duplicam
o número de eventos conhecidos de perturbação de marés no universo próximo.
Cientistas
do MIT (Massachusetts Institute of Technology) identificaram 18 novos eventos
de perturbação de marés (com a sigla inglesa "TDEs", "tidal
disruption events") - casos extremos em que uma estrela próxima é atraída
para um buraco negro e dilacerada. As deteções mais do que duplicam o número de
TDEs conhecidos no Universo próximo. Crédito: MIT
Buracos
negros destruidores de estrelas estão por toda parte no céu, se você souber
como procurá-los. Essa é uma mensagem de um novo estudo realizado por
cientistas do MIT, publicado no Astrophysical Journal .
Os
autores do estudo estão relatando a descoberta de 18 novos eventos de
perturbação de marés (TDEs) - casos extremos em que uma estrela próxima é
atraída pelas marés para um buraco negro e despedaçada. À medida que o buraco
negro se alimenta, ele emite uma enorme explosão de energia em todo o espectro
eletromagnético.
Os
astrónomos detectaram eventos anteriores de perturbação das marés procurando
por explosões características nas bandas ópticas e de raios-X. Até à data,
estas pesquisas revelaram cerca de uma dúzia de eventos de destruição de
estrelas no universo próximo. Os novos TDEs da equipe do MIT mais que duplicam
o catálogo de TDEs conhecidos no universo.
Os
pesquisadores detectaram esses eventos anteriormente “ocultos” observando uma
faixa não convencional: o infravermelho. Além de emitirem explosões ópticas e
de raios X, os TDEs podem gerar radiação infravermelha, particularmente em
galáxias “empoeiradas”, onde um buraco negro central está envolto em detritos
galácticos.
A
poeira nestas galáxias normalmente absorve e obscurece a luz óptica e de raios
X, e qualquer sinal de TDEs nestas bandas. No processo, a poeira também aquece,
produzindo radiação infravermelha detectável. A equipa descobriu que as
emissões infravermelhas, portanto, podem servir como um sinal de eventos de
perturbação das marés.
Ao
observar a banda infravermelha, a equipa do MIT identificou muito mais TDEs, em
galáxias onde tais eventos estavam anteriormente ocultos. Os 18 novos eventos
ocorreram em diferentes tipos de galáxias, espalhadas pelo céu.
“A
maioria destas fontes não aparece em bandas ópticas”, diz a principal autora do
estudo, Megan Masterson, estudante de pós-graduação no Instituto Kavli de
Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. “Se quisermos compreender os TDEs como
um todo e utilizá-los para investigar a demografia de buracos negros
supermassivos, precisamos de olhar na banda infravermelha.”
Outros
autores do MIT incluem Kishalay De, Christos Panagiotou, Anna-Christina Eilers,
Danielle Frostig e Robert Simcoe, e a professora assistente de física do MIT,
Erin Kara, juntamente com colaboradores de várias instituições, incluindo o
Instituto Max Planck de Física Extraterrestre na Alemanha.
Pico de calor
A
equipe detectou recentemente o TDE mais próximo até agora, pesquisando através
de observações infravermelhas. A descoberta abriu uma nova rota baseada no
infravermelho pela qual os astrônomos podem procurar buracos negros que se
alimentam ativamente.
Essa
primeira detecção estimulou o grupo a procurar mais TDEs. Para o seu novo
estudo, os investigadores pesquisaram observações de arquivo obtidas pelo
NEOWISE – a versão renovada do Wide-field Infrared Survey Explorer da NASA.
Este telescópio satélite foi lançado em 2009 e, após um breve hiato, continuou
a varrer todo o céu em busca de “transientes” infravermelhos ou breves
explosões.
A
equipe examinou as observações arquivadas da missão usando um algoritmo
desenvolvido pelo coautor Kishalay De. Este algoritmo identifica padrões nas
emissões infravermelhas que são prováveis sinais
de uma explosão transitória de radiação infravermelha.
A
equipe então cruzou os
transientes sinalizados com um catálogo
de todas as galáxias
próximas
conhecidas dentro de 200 megaparsecs, ou 600 milhões de anos-luz. Eles descobriram que os
transientes infravermelhos podem ser rastreados até cerca de 1.000 galáxias.
Eles
então ampliaram o sinal da explosão infravermelha de cada galáxia para
determinar se o sinal surgiu de uma fonte diferente de um TDE, como um núcleo
galáctico ativo ou uma supernova.
Depois
de descartar estas possibilidades, a equipa analisou então os sinais restantes,
procurando um padrão infravermelho característico de um TDE - nomeadamente, um
pico acentuado seguido de uma queda gradual, reflectindo um processo pelo qual
um buraco negro, ao destruir um estrela, de repente aquece a poeira circundante
a cerca de 1.000 Kelvin antes de esfriar gradualmente.
Esta
análise revelou 18 sinais “limpos” de eventos de perturbação das marés. Os
investigadores fizeram um levantamento das galáxias em que cada TDE foi
encontrado e constataram que ocorriam numa série de sistemas, incluindo
galáxias poeirentas, em todo o céu.
“Se
você olhasse para o céu e visse um monte de galáxias, os TDEs ocorreriam
representativamente em todas elas”, diz Masteron. “Não é que ocorram apenas num
tipo de galáxia, como as pessoas pensavam com base apenas em pesquisas ópticas
e de raios-X.”
“Agora
é possível observar através da poeira e completar o censo dos TDEs próximos”,
diz Edo Berger, professor de astronomia na Universidade de Harvard, que não
esteve envolvido no estudo. “Um aspecto particularmente interessante deste
trabalho é o potencial de estudos de acompanhamento com grandes pesquisas
infravermelhas, e estou entusiasmado para ver quais descobertas eles
produzirão.”
Uma solução empoeirada
As descobertas da equipe ajudam a resolver algumas questões importantes no estudo de eventos de perturbação das marés. Por exemplo, antes deste trabalho, os astrónomos tinham visto principalmente TDEs num tipo de galáxia – um sistema “pós-explosão estelar” que anteriormente tinha sido uma fábrica de formação de estrelas, mas que desde então se instalou.
Este tipo de galáxia é raro, e os
astrónomos ficaram intrigados sobre a razão pela qual os TDEs pareciam estar a
surgir apenas nestes sistemas mais raros. Acontece que esses sistemas também
são relativamente desprovidos de poeira, tornando as emissões ópticas ou de
raios X de um TDE naturalmente mais fáceis de detectar.
Agora,
olhando na banda infravermelha, os astrônomos são capazes de ver TDEs em muito
mais galáxias. Os novos resultados da equipa mostram que os buracos negros
podem devorar estrelas numa série de galáxias, não apenas em sistemas
pós-explosão estelar.
As
descobertas também resolvem o problema da “falta de energia”. Os físicos
previram teoricamente que os TDEs deveriam irradiar mais energia do que o que
foi realmente observado. Mas a equipe do MIT afirma agora que a poeira pode
explicar a discrepância. Eles descobriram que se um TDE ocorresse numa galáxia
empoeirada, a própria poeira poderia absorver não apenas emissões ópticas e de
raios X, mas também radiação ultravioleta extrema, numa quantidade equivalente
à suposta “energia em falta”.
As 18 novas detecções também estão a ajudar os astrónomos a estimar a taxa à qual ocorrem TDEs numa determinada galáxia. Quando calculam os novos TDEs com as detecções anteriores, estimam que uma galáxia sofre um evento de perturbação de maré uma vez a cada 50.000 anos.
Essa taxa se aproxima mais das previsões
teóricas dos físicos. Com mais observações infravermelhas, a equipa espera
resolver a taxa de TDEs e as propriedades dos buracos negros que os alimentam.
“As
pessoas estavam criando soluções muito exóticas para esses quebra-cabeças e
agora chegamos ao ponto em que podemos resolver todos eles”, diz Kara. “Isso
nos dá a confiança de que não precisamos de toda essa física exótica para
explicar o que estamos vendo. E temos um melhor controle sobre a mecânica por
trás de como uma estrela é dilacerada e engolida por um buraco negro. Estamos
entendendo melhor esses sistemas.”
Esta
pesquisa foi apoiada, em parte, pela NASA.
Fonte:
news.mit.edu
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