4478: Morte por esparguetificação: Telescópios do ESO observam os últimos momentos de uma estrela a ser devorada por um buraco negro

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Com o auxílio de telescópios do ESO e de outras organizações de todo o mundo, os astrónomos observaram uma explosão luminosa rara de uma estrela a ser desfeita por um buraco negro super-massivo. Este fenómeno, conhecido por evento de perturbação de marés, trata-se do mais próximo de nós registado até à data, situado a apenas pouco mais de 215 milhões de anos-luz de distância da Terra, e foi estudado com um detalhe sem precedentes. Este trabalho de investigação foi publicado hoje na revista da especialidade Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

A ideia de que um buraco negro “suga” uma estrela próxima parece saída da ficção científica. Mas é exactamente o que acontece num evento de perturbação de marés,” diz Matt Nicholl, professor e investigador da Sociedade Real Astronómica britânica na Universidade de Birmingham, Reino Unido, e autor principal deste novo estudo. Estes eventos de perturbação de marés, onde a estrela é sujeita ao algo chamado “esparguetificação” quando está a ser sugada pelo buraco negro, são raros e nem sempre fáceis de estudar. A equipa de investigadores utilizou o Very Large Telescope (VLT) e o New Technology Telescope (NTT), ambos do ESO, para observar um clarão de luz registado o ano passado perto de um buraco negro super-massivo, de modo a investigar com detalhe o que acontece quando uma estrela é devorada por um tal monstro.

Na teoria, os astrónomos sabem o que deve acontecer. “Quando uma estrela infeliz se aproxima demasiado de um buraco negro super-massivo situado no centro de uma galáxia, a extrema atracção gravitacional exercida pelo buraco negro desfaz a estrela em finas correntes de matéria,” explica Thomas Wevers, autor do estudo e bolseiro do ESO em Santiago do Chile, que estava a trabalhar no Instituto de Astronomia da Universidade de Cambridge, Reino Unido, quando levou a cabo este trabalho. Quando alguns destes fios finos de material estelar caem no buraco negro durante o processo de esparguetificação, liberta-se um clarão brilhante de energia que pode ser detectado pelos astrónomos.

Apesar de brilhante e forte, até agora os astrónomos tinham tido dificuldade em investigar este clarão de luz, devido ao facto deste se encontrar frequentemente obscurecido por uma “cortina” de poeira e restos de material. Mas agora os astrónomos conseguiram finalmente obter pistas sobre a origem desta cortina.

Descobrimos que, quando devora uma estrela, um buraco negro pode lançar uma quantidade de material para o exterior, obstruindo-nos assim a visão,” explica Samantha Oates, também da Universidade de Birmingham. Isto ocorre porque a energia libertada, quando o buraco negro “come” o material estelar, faz com que os restos da estrela sejam lançados para o exterior.

Esta descoberta foi possível porque o evento de perturbação de marés que a equipa estudou, AT2019qiz, foi descoberto pouco tempo depois da estrela ter sido desfeita. “Como apanhámos o evento cedo, pudemos ver a cortina de poeira e restos a ser criada à medida que o buraco negro lançava para o exterior uma poderosa corrente de matéria com velocidades de até cerca de 10000 km/s,” diz Kate Alexander, bolseira Einstein da NASA na Universidade Northwestern, EUA. “Este “espreitar por detrás da cortina” bastante único proporcionou-nos a primeira oportunidade de localizar a origem do material ocultante e seguir em tempo real como é que engolia o buraco negro.

A equipa observou AT2019qiz, situado numa galáxia em espiral na constelação de Erídano, durante um período de 6 meses, vendo o clarão luminoso aumentar de intensidade e depois desvanecer. “Vários rastreios do céu registaram a energia emitida por este novo evento de perturbação de marés muito cedo após a estrela se ter desfeito,” diz Wevers. “Começámos imediatamente a apontar um conjunto de telescópios, tanto terrestres como espaciais, nessa direcção para vermos como é que a luz estava a ser produzida.

Foram feitas observações múltiplas do evento durante os meses seguintes em infra-estruturas que incluíram o X-shooter e o EFOSC2, instrumentos potentes montados no VLT e no NTT, situados no Chile. Observações imediatas e extensas no ultravioleta, óptico, raios X e ondas rádio revelaram, pela primeira vez, uma ligação directa entre o material que é arrancado à estrela e o clarão brilhante que é emitido quando esta é devorada pelo buraco negro. “As observações mostraram que a estrela tinha aproximadamente a mesma massa do nosso Sol e que perdeu cerca de metade dessa massa para o buraco negro gigante, o qual apresenta mais de um milhão de vezes a massa da estrela,” diz Nicholl, que é também investigador visitante na Universidade de Edinburgh, no Reino Unido.

Este trabalho ajuda-nos a compreender melhor os buracos negros super-massivos e como é que a matéria se comporta em ambientes de gravidade extrema. A equipa diz que AT2019qiz pode até ser uma “pedra da Rosetta” para interpretar observações futuras de eventos de perturbação de marés. O Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, previsto para começar a observar em meados desta década, permitirá a detecção destes eventos cada vez mais ténues e rápidos, ajudando assim a desvendar mais mistérios da física dos buracos negros.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “An outflow powers the optical rise of the nearby, fast-evolving tidal disruption event AT2019qiz” publicado na revista da especialidade Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

A equipa é composta por M. Nicholl (Birmingham Institute for Gravitational Wave Astronomy e School of Physics and Astronomy, University of Birmingham, RU [Birmingham] e Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, RU [IfA]), T. Wevers (Institute of Astronomy, University of Cambridge, RU), S. R. Oates (Birmingham), K. D. Alexander (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics e Department of Physics and Astronomy, Northwestern University, EUA [Northwestern]), G. Leloudas (DTU Space, Instituto Nacional do Espaço, Universidade Técnica da Dinamarca, Dinamarca [DTU]), F. Onori (Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali (INAF), Roma, Itália), A. Jerkstrand (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Alemanha e Departamento de Astronomia, Universidade de Estocolmo, Suécia [Stockholm]), S. Gomez (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, EUA [CfA]), S. Campana (INAF–Osservatorio Astronomico di Brera, Itália), I. Arcavi (Escola de Física e Astronomia, Universidade de Tel Aviv, Israel e CIFAR Azrieli Global Scholars program, CIFAR, Toronto, Canadá), P. Charalampopoulos (DTU), M. Gromadzki (Observatório Astronómico, Universidade de Varsóvia, Polónia [Warsaw]), N. Ihanec (Warsaw), P. G. Jonker (Departamento de Astrofísica/IMAPP, Universidade Radboud, Países Baixos [Radboud] e SRON, Instituto Holandês de Investigação Espacial, Países Baixos [SRON]), A. Lawrence (IfA), I. Mandel (Monash Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, Monash University, Austrália e The ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery – OzGrav, Austrália e Birmingham), S. Schulze (Departamento de Física das Partículas e Astrofísica, Instituto de Ciências Weizmann, Israel [Weizmann]) P. Short (IfA), J. Burke (Las Cumbres Observatory, Goleta, EUA [LCO] e Department of Physics, University of California, Santa Barbara, EUA [UCSB]), C. McCully (LCO e UCSB) D. Hiramatsu (LCO e UCSB), D. A. Howell (LCO e UCSB), C. Pellegrino (LCO e UCSB), H. Abbot (The Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Austrália [ANU]), J. P. Anderson (Observatório Europeu do Sul, Santiago, Chile), E. Berger (CfA), P. K. Blanchard (Northwestern), G. Cannizzaro (Radboud e SRON), T.-W. Chen (Stockholm), M. Dennefeld (Instituto de Astrofísica de Paris (IAP) e Universidade Sorbonne, Paris, França), L. Galbany (Departamento de Física Teórica y del Cosmos, Universidad de Granada, Espanha), S. González-Gaitán (CENTRA-Centro de Astrofísica e Gravitação e Departamento de Física, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal), G. Hosseinzadeh (CfA), C. Inserra (School of Physics & Astronomy, Cardiff University, RU), I. Irani (Weizmann), P. Kuin (Mullard Space Science Laboratory, University College London, RU), T. Muller-Bravo (School of Physics and Astronomy, University of Southampton, RU), J. Pineda (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile), N. P. Ross (IfA), R. Roy (Centro Inter-Universidade de Astronomia e  Astrofísica, Ganeshkhind, Índia), S. J. Smartt (Astrophysics Research Centre, School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, RU [QUB]), K. W. Smith (QUB), B. Tucker (ANU), Ł. Wyrzykowski (Warsaw), D. R. Young (QUB).

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12 de Outubro de 2020