Os astrônomos descobriram a maior erupção já eclodida em torno de um buraco negro, que também é a erupção mais distante já detectada.
Flares descobertos usando o Zwicky Transient Facility (ZTF) de buraco negro supermassivo no coração de um núcleos galácticos ativos (AGN) designado J2245+3743, localizado no centro de uma galáxia a 10 bilhões de anos-luz de distância Terra. Núcleos galácticos ativos são as regiões centrais das galáxias que são dominadas por buracos negros supermassivos que engolfam ou “acretam”.
O buraco negro supermassivo em J2245+3743 alimenta-se do gás circundante e da poeira que gira à sua volta numa forma plana semelhante a uma nuvem chamada disco de acreção, mas esta explosão é na verdade causada por outra coisa: uma estrela invulgarmente massiva que se aventura demasiado perto do buraco negro, com uma massa 500 milhões de vezes a do Sol). A enorme influência gravitacional do buraco negro está a despedaçar a estrela e os seus detritos estelares estão a ser alimentados ao titã cósmico – um fenómeno que os cientistas chamam de evento de perturbação de marés (TDE).
“Isso é diferente de qualquer núcleo galáctico ativo que já vimos”, disse o líder da equipe Caltech, Matthew Graham, cientista da ZTF, em um comunicado. “A energética mostra que este objeto está muito distante e muito brilhante”.
A ZTF descobriu a erupção pela primeira vez em 2018, e os astrônomos observaram que seu brilho aumentou 40 vezes ao longo de vários meses. No seu pico, a erupção foi 30 vezes mais brilhante do que qualquer erupção anterior de buraco negro, emitindo tanta energia como 10 biliões de sóis. O TDE anterior mais poderoso foi um evento apelidado de “Barbie Assustadora”, derivado de seu nome oficial ZTF20abrbeie.
“Se você converter todo o Sol em energia usando a famosa fórmula de Albert Einstein E = mc ^ 2, esta é a quantidade de energia liberada por esta explosão desde que começamos a observar”, disse o membro da equipe KE Saavik Ford, pesquisador do CUNY Graduate Center, em um comunicado.
Esta explosão de buraco negro continua a desaparecer, indicando aos investigadores que ainda está a devorar a infeliz estrela que se aventurou demasiado perto dele, uma estrela cuja massa inicial é estimada em 30 vezes a do Sol (para comparação, pensa-se que a estrela devorada no horrível evento Barbie tenha apenas 3 a 10 vezes a massa do Sol).
Como diz Graham de forma vívida, a natureza persistente da erupção em J2245+3743 é semelhante a “um peixe a meio caminho da garganta da baleia”.
O que ajuda a equipe a continuar a estudar essas explosões é o fato de que a atração gravitacional em torno de um buraco negro supermassivo é tão forte que o próprio tempo desacelera à medida que nos aproximamos do limite externo de captura de luz, ou “horizonte de eventos”.
“Devido ao alongamento do espaço e do tempo, ocorre um fenômeno chamado dilatação do tempo cósmico. À medida que a luz viaja através do espaço em constante expansão para chegar até nós, seu comprimento de onda é esticado exatamente como o próprio tempo”, disse Graham. “Sete anos aqui são dois anos ali. Estamos assistindo os eventos se desenrolarem a um quarto da velocidade.”
Este efeito de dilatação do tempo é a razão pela qual os inquéritos de longo prazo realizados pela ZTF são tão úteis.
A explosão J2245+3743 é de interesse científico por outro motivo. Até agora, os astrónomos descobriram cerca de 100 eventos TDE, e a maioria não ocorreu em núcleos galácticos activos. Isto pode ocorrer porque a atividade natural dos buracos negros supermassivos e a emissão dos discos de acreção ao seu redor podem mascarar eventos de perturbação de marés. Isto faz com que os TDEs em torno de buracos negros que já se alimentam sejam mais difíceis de detectar do que os TDEs que envolvem buracos negros supermassivos silenciosos e sem alimentação. Mas o tamanho do J2245+3743 o torna mais perceptível do que a maioria dos TDEs baseados em AGN.
Mesmo assim, a explosão do buraco negro não pareceu imediatamente à equipe algo especial. Só em 2023, cinco anos depois de ter sido observado pela primeira vez, é que os dados do Observatório WM Keck, no Havai, revelaram a natureza extremamente energética desta explosão.
Em primeiro lugar, era também importante estabelecer que este objecto extremo era de facto tão brilhante e que a energia escapava em todas as direcções, e não apenas directamente em direcção à Terra. A equipe descartou essa possibilidade usando dados do Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) aposentado da NASA.
A equipe também descartou uma enorme explosão de supernova como a causa da erupção, confirmando que foi a erupção de buraco negro mais brilhante já detectada e sugerindo que representava um evento de expansão de maré envolvendo uma estrela invulgarmente massiva.
“As supernovas não são suficientemente brilhantes para explicar isto. Estrelas deste tamanho são raras, mas pensamos que as estrelas no disco AGN podem ficar ainda maiores,” disse Ford. “O material do disco é despejado nas estrelas, fazendo com que sua massa aumente.”
A descoberta de explosões tão poderosas sugere que tais eventos podem estar acontecendo em todo o universo, apenas esperando para serem descobertos. A equipa continuará a procurar eventos semelhantes através da ZTF enquanto aguarda dados do Observatório Vera C. Rubin, que também poderá encontrar o tipicamente poderoso TDE.
“Sem a ZTF, nunca teríamos descoberto este evento raro”, concluiu Graham. “Há sete anos que observamos o céu com a ZTF, por isso, quando vemos qualquer aumento ou mudança, podemos ver o que aconteceu no passado e como irá evoluir.”
As descobertas da equipe foram publicadas na revista Nature Astronomy na terça-feira (4 de novembro).
