Novas descobertas revelam a perigosa jornada de uma estrela em torno de um supermassivo buraco negroresultando em interrupções periódicas e intensas emissões de luz, ajudando os astrônomos a prever eventos cósmicos futuros.
- Astrônomos previram corretamente quando um buraco negro gigante terminaria sua última refeição — e calcularam o cronograma de seus lanches no futuro.
- Uma estrela está em órbita ao redor de um buraco negro supermassivo em uma galáxia a cerca de 860 milhões de anos-luz da Terra.
- Cada vez que a estrela se aproxima mais, o buraco negro arranca pedaços da estrela e consome alguns deles.
- Dados de NASAOs telescópios Chandra, Swift e XMM-Newton da ESA fornecem aos astrônomos informações sobre quando essas refeições ocorrerão.
Desvendando os mistérios dos buracos negros
Ao usar novos dados do Observatório de Raios X Chandra da NASA e do Observatório Swift Neil Gehrels, bem como do XMM-Newton da ESA, uma equipe de pesquisadores fez avanços importantes na compreensão de como — e quando — um buraco negro supermassivo obtém e então consome material.
Esta impressão do artista mostra uma estrela que foi parcialmente interrompido por um buraco negro no sistema conhecido como AT2018fyk. O buraco negro supermassivo em AT2018fyk — com cerca de 50 milhões de vezes mais massa que o sol — está no centro de uma galáxia localizada a cerca de 860 milhões de anos-luz da Terra.
Astrônomos determinaram que uma estrela está em uma órbita altamente elíptica ao redor do buraco negro em AT2018fyk, de modo que seu ponto de aproximação mais distante do buraco negro é muito maior do que seu ponto mais próximo. Durante sua aproximação mais próxima, forças de maré do buraco negro puxam algum material da estrela, produzindo duas caudas de maré de “detritos estelares”.
Ciclo de Destruição e Emissão
A ilustração mostra um ponto na órbita logo após a estrela ser parcialmente destruída, quando as caudas de maré ainda estão próximas da estrela. Mais tarde na órbita da estrela, o material rompido retorna ao buraco negro e perde energia, levando a um grande aumento no brilho dos raios X ocorrendo mais tarde na órbita (não mostrado aqui). Este processo se repete cada vez que a estrela retorna ao seu ponto de maior aproximação, que é aproximadamente a cada 3,5 anos. A ilustração descreve a estrela durante sua segunda órbita, e o disco de gás emissor de raios X ao redor do buraco negro que é produzido como um subproduto do primeiro encontro de maré.
Rastreando fenômenos astronômicos por meio do brilho
Pesquisadores notaram o AT2018fyk em 2018 quando a pesquisa óptica terrestre ASAS-SN detectou que o sistema havia se tornado muito mais brilhante. Após observá-lo com o NICER e o Chandra da NASA, e o XMM-Newton, os pesquisadores determinaram que o aumento no brilho veio de um “evento de interrupção de maré”, ou TDE, que sinaliza que uma estrela foi completamente dilacerada e parcialmente ingerida após voar muito perto de um buraco negro. Os dados do Chandra do AT2018fyk são mostrados na inserção de uma imagem óptica de um campo de visão mais amplo.
O banquete contínuo do buraco negro com restos estelares
Quando o material da estrela destruída se aproximou do buraco negro, ele ficou mais quente e produziu raios X e luz ultravioleta (UV). Esses sinais então desapareceram, concordando com a ideia de que não havia sobrado nada da estrela para o buraco negro digerir.
No entanto, cerca de dois anos depois, os raios X e a luz UV da galáxia ficaram muito mais brilhantes novamente. Isso significava, de acordo com os astrônomos, que a estrela provavelmente sobreviveu à captura gravitacional inicial do buraco negro e então entrou em uma órbita altamente elíptica com o buraco negro. Durante sua segunda aproximação do buraco negro, mais material foi puxado e produziu mais raios X e luz UV.
Antecipando Eventos Celestiais
Com base no que aprenderam sobre a estrela e sua órbita, uma equipe de astrônomos previu que a segunda refeição do buraco negro terminaria em agosto de 2023 e solicitou tempo de observação do Chandra para verificar. As observações do Chandra em 14 de agosto de 2023 realmente mostraram o sinal revelador de que a alimentação do buraco negro chegaria ao fim com uma queda repentina nos raios X. Os pesquisadores também obtiveram uma estimativa melhor de quanto tempo a estrela leva para completar uma órbita e previram horários de refeições futuras para o buraco negro.
Um artigo descrevendo esses resultados aparece na edição de 14 de agosto de 2024 da O Revista Astrofísica.
Para mais informações sobre essa descoberta, veja Cosmic Clockwork Decoded in Black Hole Feeding Patterns.
Referência: “Um possível segundo desligamento de AT2018fyk: uma efeméride orbital atualizada da estrela sobrevivente sob o paradigma do evento de interrupção parcial de maré repetitiva” por Dheeraj Pasham, ER Coughlin, M. Guolo, T. Wevers, CJ Nixon, Jason T. Hinkle e A. Bandopadhyay, 14 de agosto de 2024, O Cartas de revistas astrofísicas.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad57b3
Os autores são Dheeraj Passam (Instituto de Tecnologia de Massachusetts), Eric Coughlin (Universidade de Syracuse), Muryel Guolo (Universidade Johns Hopkins), Thomas Wevers (Instituto de Ciência do Telescópio Espacial), Chris Nixon (Universidade de Leeds, Reino Unido), Jason Hinkle (Universidade do Havaí em Manoa) e Ananaya Bandopadhyay (Syracuse).
O Marshall Space Flight Center da NASA gerencia o programa Chandra. O Chandra X-ray Center do Smithsonian Astrophysical Observatory controla a ciência de Cambridge, Massachusetts, e as operações de voo de Burlington, Massachusetts.
