Raro buraco negro de tamanho médio é pego devorando uma estrela

Técnica pode revelar população desaparecida que se acredita ser a chave na formação dos maiores buracos negros

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Na concepção deste artista, uma estrela que se aproxima demais de um buraco negro supermassivo termina sua vida em um espetacular show de luzes conhecido como evento de perturbação de maré. (Créditos: NASA/JPL-Caltech)

Traduzido por Julio Batista
Original de Daniel Clery para a Science

Quando se trata do tamanho dos buracos negros, há uma lacuna visível no meio. Os astrônomos descobriram dezenas dos pequenos e dezenas dos gigantes, mas pouquíssimo dos médios.

Agora, pesquisadores adicionaram outro potencial buraco negro de tamanho médio à lista, e ele é voraz: em uma galáxia anã distante, os astrônomos capturaram essa fera cósmica no ato de devorar uma estrela e expelir migalhas brilhantes. Se mais comedores desordenados puderem ser encontrados dessa maneira, isso poderá reforçar uma teoria de longa data: que os buracos negros de tamanho médio são as sementes das quais seus primos supermassivos crescem.

Saber quantas galáxias anãs abrigam buracos negros de tamanho médio “será um avanço”, disse Igor Chilingarian, astrofísico da Universidade Harvard (EUA) que não esteve envolvido no estudo. “Isso não apenas responderá à questão da semeadura de buracos negros”, disse ele, mas também poderá ajudar a entender como as galáxias se formam.

O buraco negro de tamanho médio foi capturado pelo Young Supernova Experiment (YSE), uma colaboração de astrônomos que procura principalmente estrelas que explodem no final de suas vidas. A equipe usa o Pan-STARRS, um par de telescópios de 1,8 metros no Havaí, para observar o mesmo pedaço de céu a cada poucos dias; a esperança é capturar uma explosão de supernova nas primeiras horas ou dias após seu início.

Mas em junho de 2020 os astrônomos capturaram outra coisa em sua rede: um objeto que brilha rapidamente em uma galáxia anã a quase 1 bilhão de anos-luz de distância. “Tivemos muita, muita sorte”, disse a principal autora Charlotte Angus, da Universidade de Copenhague. “Acabamos de apontar para ele.” Eles continuaram a observar o objeto, apelidado de AT 2020neh, nos dias e semanas seguintes usando vários telescópios terrestres, bem como o Telescópio Espacial Hubble. Sua curva de luz – como seu brilho muda ao longo do tempo – atingiu o pico após pouco mais de 13 dias e então começou um longo e lento declínio.

A forma da curva de luz e as características do espectro da luz não combinavam com as de uma supernova; parecia mais um evento de perturbação de maré (EPM), o show de luzes quando um buraco negro gigante contendo milhões ou mesmo bilhões de massas solares devora uma estrela, consumindo parte dela e pulverizando o resto em um arco superaquecido brilhante.

Mas o objeto atingiu seu brilho máximo duas vezes mais rápido do que em um EPM típico. Os teóricos que modelam esses eventos preveem que buracos negros menores produzem EPMs de pico rápido. Usando esses modelos, a equipe calculou que a curva de luz do AT 2020neh poderia ter sido produzida por um buraco negro com massa entre 100.000 e 1 milhão de sóis, relataram na Nature Astronomy. “Eu diria que este é o cenário mais provável”, disse Chilingarian. “Ainda sabemos muito pouco sobre esses eventos para ter 100% de certeza.”

Os astrônomos acreditam que todas as galáxias de tamanho normal têm um buraco negro supermassivo em seus corações. Mas é uma questão em aberto se as galáxias anãs, como aquela em que AT 2020neh foi encontrada, contêm buracos negros de tamanho médio. Como as galáxias anãs são pequenas e opacas, “são muito difíceis de detectar”, disse Angus.

Com seu aparente EPM de tamanho médio, os pesquisadores do YSE se depararam em uma nova maneira de detectar buracos negros de tamanho médio em galáxias anãs. Se eles puderem detectar uma amostra grande o suficiente, eles podem descobrir se o tamanho dos buracos negros centrais cresce de acordo com o tamanho da galáxia, algo já visto em galáxias maiores. Se essa relação se estende de galáxias anãs até as grandes, ela sustenta a ideia de que as galáxias ficam grandes através da fusão de galáxias menores, em oposição à coalescência de uma gigantesca nuvem de gás. Como as galáxias se formam e crescem é uma das grandes incógnitas da astrofísica, que os astrônomos esperam que novos telescópios espaciais de olhos aguçados, como o recém-lançado Telescópio Espacial James Webb, ajudem a esclarecer.

O projeto YSE provavelmente fará apenas uma pequena contribuição para esse projeto; Angus estima que pode detectar apenas um punhado de EPMs de galáxias anãs. Mas quando o Observatório Vera C. Rubin, um telescópio de pesquisa com um espelho de 8,4 metros, entrar em operação no ano que vem, ele poderá ver mais profundamente no espaço em uma área mais ampla. Espera-se que esse escopo encontre até 80.000 EPMs em sua pesquisa de 10 anos, portanto, as perspectivas são boas.