Uma explosão provocada por um buraco negro a engolir uma estrela

Uma equipe científica internacional, liderada pelo IEEC (Institut d'Estudis Espacials de Catalunya) e pelo ICE-CSIC (Institut de Ciències de l'Espai - Consejo Superior de Investigaciones Científicas), conseguiu detetar uma explosão cósmica excecionalmente rápida e brilhante numa pequena galáxia situada a 500 milhões de anos-luz de distância. Esta descoberta foi publicada na revista The Astrophysical Journal. 

Recriação da explosão identificada como CSS161010, na qual um pequeno buraco negro engole uma estrela. Crédito: Gabriel Pérez (IAC)

A explosão, identificada como CSS161010, atingiu o seu brilho máximo em apenas 4 dias e desceu para metade em apenas 2,5 dias, o que significou que tanto a sua descoberta como as subsequentes observações da sua evolução se tornaram um marco científico e um desafio para a equipe de investigação.

O evento CSS161010 foi descoberto pelo CRTS (Catalina Real-Time Transient Survey), com uma deteção anterior reportada pelo ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for SuperNovae). O seu posterior seguimento, que permitiu a sua caracterização, foi efetuado com telescópios como o GTC (Gran Telescopio Canarias) e o NOT (Nordic Optical Telescope), ambos instalados no Observatório Roque de Los Muchachos do IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias), localizado no município de Garafía em La Palma.

Estes tipos de fenómenos cósmicos de evolução rápida têm sido muito difíceis de estudar devido à sua natureza. No entanto, as técnicas modernas e os instrumentos mais avançados permitem estudá-los graças à melhoria do campo de visão e à capacidade de captar imagens de alta resolução com os telescópios utilizados.

Até à data, foram detetadas apenas uma dúzia de explosões cósmicas com estas características em termos de brilho e evolução, mas a sua origem continua a ser um completo mistério. No entanto, a equipa de investigadores liderada por Claudia Gutiérrez pensa que, pela primeira vez, as propriedades espetrais únicas de CSS161010 fornecem pistas importantes sobre a sua origem física e a sua análise sugere que é, de facto, o resultado de um pequeno buraco negro a engolir uma estrela.

Esta conclusão foi alcançada porque a equipa encontrou linhas largas de hidrogénio que mostram uma velocidade muito elevada, até 10% da velocidade da luz, e uma evolução sem precedentes. Dois meses após o início do surto, o brilho do objeto tinha diminuído 900 vezes em relação ao seu máximo.

Surpreendentemente, os espetros captados pelo GTC nessa altura revelaram que todos os perfis de linhas de hidrogénio continuavam com um desvio para o azul, o que em astrofísica significa que se deslocam na nossa direção a velocidades extremamente elevadas. Este facto indicaria um forte fluxo gasoso, algo completamente inesperado para uma supernova.

"Descobrir e analisar estas explosões cósmicas é particularmente difícil devido à sua rápida evolução. No entanto, a resposta ágil da nossa colaboração científica permitiu-nos obter espetros de alta qualidade. Estes dados revelaram propriedades únicas nunca observadas em qualquer outro objeto, permitindo-nos restringir a natureza deste evento extraordinário", explica a investigadora de pós-doutoramento Claudia Gutiérrez.

"Quando vimos os espetros, não sabíamos o que dizer", diz Gutiérrez. "Nunca tínhamos encontrado um perfil de linhas de hidrogénio com um desvio tão grande para o azul; este desvio significava que o gás se estaria a mover na nossa direção a velocidades extremamente elevadas. Esta característica foi simultaneamente surpreendente e intrigante, levando-nos a investigar possíveis ligações com a galáxia onde o evento ocorreu", acrescenta.

À procura de buracos negros de massa intermédia

A explosão ocorreu numa galáxia minúscula com uma massa estelar cerca de 400 vezes inferior à da nossa Via Láctea. Por conseguinte, se a galáxia alberga um buraco negro massivo, a sua massa também deve ser pequena, correspondendo a um buraco negro de massa intermédia (100-100.000 massas solares).

"Até agora, este tipo de buracos negros tem sido extremamente difícil de identificar e os astrónomos só têm conhecimento de um número muito reduzido de casos confirmados", explica o professor Seppo Mattila, da Universidade de Turku, na Finlândia, um dos principais autores do artigo científico.

"Identificar e caracterizar buracos negros de massa intermédia é essencial para compreender os percursos de formação e a evolução dos buracos negros. De facto, são os blocos de construção fundamentais dos buracos negros supermassivos que se encontram no centro das galáxias, como a nossa Via Láctea, e que se observou existirem mesmo no Universo primitivo", acrescenta o professor Mattila.

O professor Peter Lundqvist da Universidade de Estocolmo, que também faz parte desta equipa, acrescenta: "A forma como a emissão de linhas evolui neste objeto assemelha-se à observada em núcleos galácticos ativos, onde se sabe que existem buracos negros supermassivos. Esta semelhança fornece fortes indícios de que CSS161010 também alberga um buraco negro, embora não muito massivo".

Lundqvist salienta: "A perturbação de uma estrela que se aproximou demasiado do buraco negro de massa intermédia revela o buraco negro, que de outra forma estaria quiescente. É provável que existam outros buracos negros deste tipo noutras galáxias anãs, e precisamos de seguir eventos semelhantes a CSS161010 para determinar com mais precisão as propriedades destes buracos negros".

"Os telescópios que varrem o céu a alta cadência serão cruciais para descobrir mais destes fenómenos raros e em rápida evolução", diz a Dra. Gutiérrez, acrescentando: "Entretanto, os espetrógrafos de ponta em telescópios terrestres, como os que utilizámos no Observatório Roque de los Muchachos em La Palma, desempenharão um papel crucial na sua caracterização. Estamos no limiar de uma era de descobertas revolucionárias".

Fonte: Astronomia OnLine