Astrônomos observam o grito final de uma estrela em um buraco negro através do Universo

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Uma ilustração de um buraco negro perturbando uma estrela. (Créditos: Carl Knox – OzGrav, Centro de Excelência ARC para Descoberta de Ondas Gravitacionais, Universidade de Tecnologia de Swinburne)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

A luz que viajou por mais de 8,5 bilhões de anos para chegar até nós foi o último suspiro de uma estrela morrendo quando um buraco negro a engoliu.

Duas equipes separadas de cientistas determinaram que um brilho misterioso que apareceu no céu em fevereiro de 2022, chamado AT2022cmc, foi o jato astrofísico que irrompeu do enorme buraco negro quando uma estrela dilacerada desapareceu além de seu horizonte de eventos.

É incrivelmente raro pegarmos uma dessas refeições no ato, e o AT2022cmc é agora o mais distante que já vimos.

Os dois papers foram publicados na NatureNature Astronomy.

“A última vez que os cientistas descobriram um desses jatos foi há mais de uma década”, disse o astrônomo Michael Coughlin, da Universidade de Minnesota em Twin Cities, nos Estados Unidos.

“A partir dos dados que temos, podemos estimar que jatos relativísticos são lançados em apenas 1% desses eventos destrutivos, tornando o AT2022cmc uma ocorrência extremamente rara. Na verdade, o brilho luminoso do evento está entre os mais brilhantes já observados.”

Há muita coisa acontecendo em nosso Universo insano, e muitos encontros e eventos ‘mortais’ – supernovas, rajadas rápidas de rádio, colisões estelares, interações em sistemas binários compactos e frenesis de alimentação de buracos negros – são imprevisíveis, com erupções temporárias de luz que brilham através a vastidão do espaço, e depois desaparecem.

Somente monitorando de perto grandes áreas do céu podemos captar a luz desses eventos cósmicos colossais, mas transitórios.

Em fevereiro, o Zwicky Transient Facility capturou exatamente essa luz. Imediatamente, 20 outros telescópios ao redor do mundo e no espaço entraram em ação, capturando uma grande quantidade de dados sobre a súbita erupção nos dias e semanas que se seguiram.

A partir dessa riqueza de informações, uma equipe de pesquisadores – co-liderada por Coughlin e o astrônomo Igor Andreoni, da Universidade de Maryland – determinou que o evento resultou de um evento de perturbação de maré. O perpetrador? Um buraco negro supermassivo girando rapidamente com até cerca de 500 milhões de vezes a massa do Sol, engolindo material estelar a uma taxa insana de meio Sol por ano.

Os eventos de perturbação de marés são extremos; eles ocorrem quando uma estrela se aproxima um pouco demais de um buraco negro. As forças de maré no campo gravitacional desse buraco negro esticam a estrela, puxando-a com tanta força que ela se despedaça. Os detritos estelares então caem no buraco negro.

Esse processo produz um clarão de luz que desaparece com o tempo, mas podemos detectá-lo da Terra se for brilhante o suficiente.

Não foi isso que produziu a luz que os astrônomos viram no AT2022cmc.

“As coisas pareciam bastante normais nos primeiros três dias. Depois, analisamos com um telescópio de raios-X e descobrimos que a fonte era muito brilhante”, disse o astrônomo Dheeraj Pasham, do MIT, que liderou o segundo paper.

“Este evento em particular foi 100 vezes mais poderoso do que a erupção de raios gama mais poderosa já vista. Foi algo extraordinário.”

A análise revelou que a causa da luz era um jato astrofísico. Quando um buraco negro se alimenta, às vezes nem todo o material girando ao seu redor acaba além do horizonte de eventos.

As linhas do campo magnético próximas ao horizonte de eventos atuam como aceleradores de partículas; algum material próximo ao buraco negro é canalizado ao longo dessas linhas, onde é lançado dos polos do buraco negro a velocidades próximas à da luz.

No caso do AT2022cmc, um desses jatos está apontado diretamente para nós e viajando a 99,99% da velocidade da luz. Quando o material se move em nossa direção próximo à velocidade da luz, ele parece mais brilhante do que é porque o movimento produz uma mudança na frequência do comprimento de onda da luz. Este efeito é conhecido como feixe relativístico, ou feixe Doppler, porque essa mudança é conhecida como efeito Doppler.

O AT2022cmc é apenas o quarto evento de perturbação de maré em um feixe Doppler já detectado.

Os cientistas esperam que possamos aprender muito com essa luz moribunda a mais de meio Universo de distância. Por exemplo, não se sabe por que alguns eventos de perturbação de maré têm jatos e outros não. A rápida rotação do buraco negro pode ser instrumental na formação de jatos.

Também não está claro como os buracos negros supermassivos se formam e crescem. Altas taxas de alimentação, como as exibidas pelo buraco negro AT2022cmc, podem ajudar a resolver o mistério.

O evento também foi o primeiro evento de perturbação de maré detectado usando um levantamento óptico. A enorme quantidade de dados coletados ajudarão os astrônomos a identificar mais deles no futuro.

“A astronomia está mudando rapidamente”, disse Andreoni.

“Mais levantamentos ópticos e infravermelhos de todo o céu estão agora ativos ou logo estarão disponíveis. Os cientistas podem usar o AT2022cmc como um modelo para o que procurar e encontrar mais eventos disruptivos de buracos negros distantes.

“Isso significa que, mais do que nunca, a mineração de big data é uma ferramenta importante para avançar nosso conhecimento do Universo”.

A pesquisa foi publicada na NatureNature Astronomy.