Os astrônomos descobriram que explosões ópticas incomuns são o resultado de estrelas sendo dilaceradas e engolidas por buracos negros. O que realmente torna os chamados eventos de perturbação de marés (TDEs) especiais é que o buraco negro envolvido parece ser um exemplo do indescritível “buraco negro de massa intermédia”, uma classe de objetos que representa um desafio para os astrónomos há décadas.
Os fenômenos de maré geralmente ocorrem quando uma estrela está muito perto de outra estrela buraco negro supermassivo Localizado no centro de grandes galáxias, resultando em enormes gravidade Esses titãs cósmicos comprimem o corpo estelar horizontalmente enquanto o esticam verticalmente. Essa “espaguetificação” cria um macarrão estelar ao redor do buraco negro. Alguns dos detritos são enviados para o buraco negro central, enquanto grande parte deles é expelida em jatos de alta energia que viajam quase à velocidade da luz. Esses eventos podem levar centenas de dias ou até anos para desaparecer.
“AT2022zod tem a assinatura de um TDE, que é uma explosão que observamos quando uma estrela é dilacerada por sua interação com um buraco negro. De modo geral, esses eventos são incomuns, mas como esperamos que quase todas as galáxias tenham um buraco negro supermassivo em seu centro, espera-se que os TDEs sejam observados no centro de sua galáxia hospedeira”, disse a líder da equipe Kristen Dage, da Curtin University, na Austrália, ao Space.com. “No entanto, o AT2022zod está ligeiramente afastado do núcleo, muito curto em comparação com eventos de perturbação de maré observados anteriormente, mas ainda muito energético.”
Os TDEs normalmente duram centenas de dias quando observados a distâncias tão grandes, tornando a duração de um mês do AT2022zod, de 13 de outubro a 18 de novembro, altamente incomum. Darger continuou: “As galáxias elípticas são conhecidas por terem grandes aglomerados de estrelas que também não têm núcleo e têm vida curta, o que nos deixa curiosos que este possa ser um dos elusivos buracos negros de massa intermediária que podem existir além do centro das galáxias e, mais importante, abrindo uma nova maneira de procurá-los e estudá-los”.
Acredita-se que os buracos negros supermassivos tenham milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol solenquanto se pensa que buracos negros de massa estelar formados a partir de estrelas massivas moribundas têm massas que variam de três a centenas de vezes a massa do Sol. Isto deixa uma enorme faixa de massa entre os dois tipos de buracos negros, dentro dos quais se pensa que se encontram os buracos negros de massa intermediária apropriadamente chamados.
Uma vez que se pensa que os buracos negros supermassivos crescem através de cadeias de fusão entre buracos negros de massa crescente, é razoável especular que os buracos negros de massa intermédia desempenham um papel fundamental neste processo de crescimento. Isso significa que buracos negros nesta faixa de massa deveriam ser bastante comuns no universo, mas os astrônomos têm dificuldade em encontrá-los.
“Acho que é difícil exagerar o quão ruins somos em encontrar buracos negros de massa intermediária. Somos muito bons em encontrar buracos negros supermassivos e, graças ao detector de ondas gravitacionais LIGO-Virgo-Kagra, estamos ficando cada vez melhor em encontrar buracos negros de massa estelar, mas posso contar com as mãos no número de candidatos a buraco negro de massa intermediária sobre os quais a comunidade astronômica tem algum tipo de consenso”, disse Dag. “Até agora, sabe-se da existência de TDEs de buracos negros intervenientes, mas são difíceis de observar. Na maioria das vezes são obscurecidos por outras atividades na região central da galáxia.”
Os astrónomos conseguem distinguir os TDE causados por buracos negros intermédios daqueles produzidos quando buracos negros supermassivos destroem estrelas com base na sua localização e duração.
“Com base na nossa compreensão atual do comportamento do TDE, sabemos que a duração do evento é proporcional à massa do buraco negro, portanto, sendo todas as outras coisas iguais, escalas de tempo mais curtas indicam um buraco negro mais pequeno,” disse Dagg. “O que me faz acreditar que o AT2022zod é especial é que quando o comparei com outros TDEs a distâncias semelhantes ou galáxias hospedeiras semelhantes, não apresentou o mesmo comportamento.”
A descoberta desta mesa de marés descentralizada também poderá revelar mais sobre o ambiente ocupado por este buraco negro de massa intermédia. Por exemplo, é claro que os TDEs são mais prováveis de ocorrer em regiões com densas concentrações de estrelas. “Se você não estiver em algum tipo de aglomerado estelar, normalmente o aglomerado central da galáxia hospedeira, então você não terá expansão de maré porque a probabilidade de uma determinada estrela girar perto do buraco negro é muito baixa”, disse Dagg. Esta densidade de estrelas é encontrada no centro da galáxia, mas também existem regiões não centrais da galáxia onde as estrelas também estão compactadas.
Buracos negros supermassivos falharam?
A equipe especula que este TDE ocorre em um aglomerado estelar globular ou galáxia anã ultracompacta (UCD) dentro do SDSS J105602.80+561214.7. Aglomerados globulares e UCDs são agregações densas de estrelas antigas que estão chegando ao fim de suas vidas.
“Estes sistemas são essencialmente fábricas de buracos negros, e os seus sistemas lotados e dinâmicos oferecem oportunidades para os buracos negros se fundirem e crescerem na faixa de massa intermediária, particularmente através de colisões estelares descontroladas”, disse Dagg. “Quando você combina isso com evidências observacionais de estudos de cinemática de buracos negros na UCD, torna-os um ambiente muito adequado para hospedar buracos negros de massa intermediária!”
As origens do UCD ainda estão envoltas em mistério. Estas regiões estelares densas podem surgir quando dois aglomerados globulares são atraídos, colidem e se fundem, ou a UCD pode ser uma estrela anã galáxia As suas estrelas exteriores foram eliminadas, deixando para trás um núcleo compacto e denso de galáxias despojadas.
“Estes dois cenários de formação diferentes têm efeitos muito diferentes na evolução dos buracos negros. Se forem núcleos despojados, então são buracos negros supermassivos ‘fracassados’, com um caminho de formação semelhante aos buracos negros supermassivos e grandes galáxias,” explicou Dagg. “Se fossem apenas grandes aglomerados globulares, então as coisas poderiam ser completamente diferentes, com a dinâmica desempenhando um papel crucial na formação e evolução dos buracos negros.”
Dage disse que os cientistas sabem que as galáxias elípticas abrigam sistemas estelares de aglomerados globulares e UCDs, mas neste caso, a galáxia hospedeira estava muito longe para a equipe conseguir descobrir completamente a natureza do ambiente real do AT2022zod. “Tudo o que sabemos é que está em algum tipo de aglomerado estelar”, disse Dag. “Eu pessoalmente gostaria que estivesse num aglomerado globular, mas pelo que sabemos sobre mais sistemas próximos, o UCD faz muito sentido como hospedeiro no universo próximo.”
Ela acrescentou que muitos estudos de física da UCD mostraram que eles hospedam buracos negros na faixa de massa estimada de AT2022zod. Isto inclui um sistema na Via Láctea chamado Omega Centauri, embora Dagg tenha notado que ainda há algum debate sobre se este denso aglomerado de estrelas na nossa Via Láctea é um UCD ou um aglomerado globular.
Embora o ambiente do TDE AT2022zod provavelmente permaneça um mistério no futuro próximo, a pesquisa da equipe pode fornecer um roteiro muito necessário para a descoberta de buracos negros intermediários quando Observatório Vera Rubin Começa a Pesquisa Heritage Espaço-Tempo (LSST), que dura uma década.
“Espera-se que Rubin tenha um impacto tão grande – fornecerá uma cobertura óptica extremamente sensível de 10 anos de milhões de aglomerados de estrelas ao longo de 330 milhões de anos-luz, e deverá ser sensível às populações de TDE em ambientes estelares densos”, concluiu Dage. “Precisamos apenas ter certeza de que estamos procurando nos lugares certos e podemos fazer o acompanhamento em tempo hábil para entender melhor a física e os sistemas hospedeiros e sermos capazes de interpretar o que estamos vendo”.
Os resultados da equipe estão disponíveis no site do repositório de artigos arXiv.
