Captados os “gritos” finais de uma estrela dilacerada por um buraco negro

M. Weiss / CXC / NASA

Impressão de artista que mostra gás quente a orbitar num disco que rodeia um buraco negro de rápida rotação. A mancha alongada ilustra uma brilhante região em raios-X, que permite com que a rotação do buraco negro possa ser estimada.

Através do observatório espacial XMM-Newton da ESA, os astrónomos estudaram um buraco negro que devorava uma estrela e descobriram um sinal estável excecionalmente brilhante que lhes permitiu determinar a velocidade de rotação do buraco negro.

Pensa-se que os buracos negros se escondam no centro de todas as galáxias massivas espalhadas pelo Universo, e estão inextricavelmente ligados às propriedades das suas galáxias hospedeiras. Como tal, quanto mais soubermos sobre estes gigantes mais podemos compreender como as galáxias evoluem com o tempo.

A gravidade de um buraco negro é extrema e pode dilacerar estrelas que se aproximem demais. Os detritos destas estrelas rasgadas espiralam na direção do buraco negro, aquecem e emitem intensos raios-X.

Apesar do grande número de buracos negros que se pensa existir no cosmos, muitos estão inativos e, portanto, são difíceis de estudar. No entanto, a cada poucas centenas de milhares de anos, prevê-se que uma estrela passe perto o suficiente de um determinado buraco negro para ser destruída.

Isto fornece uma breve janela de oportunidade para medir algumas propriedades fundamentais do buraco negro, como a sua massa e a velocidade de rotação.

“É muito difícil restringir a rotação de um buraco negro, já que os efeitos de rotação só emergem muito perto do próprio buraco negro, onde a gravidade é intensamente forte e difícil de ver claramente,” afirma Dheeraj Pasham do Instituto Kavli para Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT em Massachusetts, e autor principal do novo estudo, publicado recentemente na Science.

“No entanto, os modelos mostram que a massa de uma estrela despedaçada se instala numa espécie de disco interno que liberta raios-X. Nós teorizámos que a descoberta de instâncias de discos especialmente brilhantes seria uma boa maneira de restringir a rotação de um buraco negro, mas as observações de tais eventos não foram suficientemente sensíveis para explorar em detalhe essa região de forte gravidade”, até agora.

Dheeraj e colegas estudaram um evento chamado ASASSN-14li.

ASASSN-14li foi descoberto pelo levantamento terrestre ASASSN (All-Sky Automated Survey for SuperNovae) no dia 22 de novembro de 2014. O buraco negro ligado ao evento é pelo menos um milhão de vezes mais massivo que o Sol.

“ASASSN-14li é apelidado de ‘Pedra de Roseta’ destes eventos,” acrescenta Dheeraj. “Todas as suas propriedades são características deste tipo de evento, e já foi estudado por todos os principais telescópios de raios-X atualmente em operação.”

Usando observações de ASASSN-14li pelo XMM-Newton da ESA e pelos observatórios Chandra e Swift da NASA, os cientistas procuraram um sinal que fosse estável e mostrasse um padrão de ondas característico que geralmente ocorre quando um buraco negro recebe um influxo súbito de massa – como quando devora uma estrela passageira.

Eles detetaram um sinal surpreendentemente intenso de raios-X que oscilou durante um período de 131 segundos e durante muito tempo: 450 dias.

Combinando este sinal com informação sobre a massa e tamanho do buraco negro, os astrónomos descobriram que o buraco negro deve estar a girar rapidamente – a mais de 50% da velocidade da luz – e que o sinal vinha das suas regiões mais internas.

“É uma descoberta excecional: nunca tinha sido observado um sinal tão brilhante, tão estável, por tanto tempo, na vizinhança de qualquer buraco negro,” realça Alessia Franchini da Universidade de Milão, na Itália.

“Além disso, o sinal vem de muito perto do horizonte de eventos do buraco negro – para lá deste ponto, não conseguimos observar nada, pois a gravidade é tão forte que nem a luz pode escapar.”

O estudo demonstra uma nova maneira de medir a rotação de buracos negros supermassivos: observando a sua atividade quando interrompem a passagem de estrelas com a sua gravidade.

Tais eventos também nos podem ajudar a compreender aspetos da teoria da relatividade geral; embora já tenha sido explorada extensivamente na gravidade “normal”, ainda não é totalmente compreendida em regiões onde a gravidade é excecionalmente forte.

“O XMM-Newton é incrivelmente sensível a estes sinais, mais do que qualquer outro telescópio de raios-X,” comenta Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton da ESA. “O satélite fornece as exposições longas, ininterruptas e detalhadas que são cruciais para detetar sinais como este.

“Estamos apenas a começar a entender a física complexa aqui em ação. Ao descobrirmos casos em que a massa de uma estrela dilacerada brilha intensamente, podemos construir um censo dos buracos negros no Universo e investigar como a matéria se comporta em algumas das áreas e condições mais extremas do cosmos.”

// CCVAlg

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