Telescópios da NASA calculam cronograma de lanches de buracos negros

Astrônomos previram corretamente quando um buraco negro gigante terminou sua última refeição — e previram quando seu próximo lanche ocorrerá. 

Crédito da ilustração: NASA/CXC/M. Weiss

Usando novos dados do Observatório de Raios X Chandra da NASA e do Observatório Swift Neil Gehrels, bem como do XMM-Newton da ESA (Agência Espacial Europeia), uma equipe de pesquisadores fez avanços importantes na compreensão de como — e quando — esse buraco negro supermassivo consome material.

Este resultado é baseado em estudos de um buraco negro supermassivo — com cerca de 50 milhões de vezes mais massa que o Sol — no centro de uma galáxia localizada a cerca de 860 milhões de anos-luz da Terra.

Em 2018, o Optical All Sky Automated Survey for SuperNovae notou que esse sistema havia se tornado muito mais brilhante. Após observá-lo com o NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) da NASA e o Chandra, e o XMM-Newton, os pesquisadores determinaram que o aumento no brilho veio de um "evento de ruptura de maré", que sinaliza que uma estrela foi completamente dilacerada e parcialmente ingerida após voar muito perto de um buraco negro. Eles chamaram o evento de ruptura de maré de AT2018fyk.

Quando o material da estrela destruída se aproximou do buraco negro, ele ficou mais quente e produziu raios X e luz ultravioleta (UV). Esses sinais então desapareceram, sugerindo que não havia mais nada da estrela para o buraco negro digerir.

No entanto, cerca de dois anos depois, os raios X e a luz UV da galáxia ficaram muito mais brilhantes novamente. De acordo com os astrônomos, a explicação mais plausível era que a estrela provavelmente sobreviveu à captura gravitacional inicial do buraco negro e então entrou em uma órbita altamente elíptica com o buraco negro. Durante sua segunda aproximação do buraco negro, mais material foi puxado, produzindo mais raios X e luz UV.

Esses resultados foram publicados em um artigo de 2023 no Astrophysical Journal Letters, liderado por Thomas Wevers, do Space Telescope Science Institute em Baltimore.

“Inicialmente, pensamos que este era um caso comum de um buraco negro destruindo totalmente uma estrela”, disse Wevers. “Mas, em vez disso, a estrela parece estar vivendo para morrer outro dia.”

Com base no que aprenderam sobre a estrela e sua órbita, Wevers e sua equipe previram que a segunda refeição do buraco negro terminaria em agosto de 2023 e solicitaram tempo de observação ao Chandra para verificar.

“O sinal revelador do fim desse lanche estelar seria uma queda repentina nos raios X e é exatamente isso que vemos em nossas observações do Chandra em 14 de agosto de 2023”, disse Dheeraj Pasham do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, líder de um novo artigo sobre esses resultados. “Nossos dados mostram que em agosto do ano passado, o buraco negro estava essencialmente limpando sua boca e se afastando da mesa.”

Novos dados obtidos por Chandra e Swift após a conclusão do artigo de 2023 dão aos pesquisadores uma estimativa ainda melhor de quanto tempo a estrela leva para completar uma órbita e horários de refeições futuras para o buraco negro. Eles determinam que a estrela faz sua aproximação mais próxima do buraco negro cerca de uma vez a cada três anos e meio.

“Achamos que uma terceira refeição pelo buraco negro, se algo sobrar da estrela, começará entre maio e agosto de 2025 e durará quase dois anos”, disse Eric Coughlin, coautor do novo artigo, da Syracuse University em Nova York. “Isso provavelmente será mais um lanche do que uma refeição completa porque a segunda refeição foi menor do que a primeira, e a estrela está sendo reduzida.”

Os autores acham que a estrela condenada originalmente tinha outra estrela como companheira ao se aproximar do buraco negro. Quando o par estelar chegou muito perto do buraco negro, no entanto, a gravidade do buraco negro separou as duas estrelas. Uma entrou na órbita com o buraco negro, e a outra foi lançada no espaço em alta velocidade.

“A estrela condenada foi forçada a fazer uma mudança drástica em companheiros — de outra estrela para um buraco negro gigante”, disse o coautor Muryel Guolo da Universidade Johns Hopkins em Baltimore. “Seu parceiro estelar escapou, mas ele não.”

A equipe planeja continuar acompanhando o AT2018fyk pelo tempo que puder para estudar o comportamento de um sistema tão exótico.

Chandra.si.edu