Um evento de perturbação das marés ocorre quando uma estrela chega tão perto de um buraco negro supermassivo que as forças das marés excedem a autogravidade da estrela e destroem a estrela; à medida que o buraco negro se alimenta, ele emite uma enorme explosão de energia em todo o espectro eletromagnético.
Masterson e outros. identificou 18 novos eventos de perturbação de marés – casos extremos em que uma estrela próxima é atraída pelas marés para um buraco negro e despedaçada. Crédito da imagem: Masterson e outros., doi: 10.3847/1538-4357/ad18bb.
“A maioria das novas fontes não aparece em bandas ópticas”, disse Megan Masterson, estudante de pós-graduação no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT.
“Se você quiser entender os eventos de perturbação de marés (TDEs) como um todo e usá-los para investigar a demografia de buracos negros supermassivos, você precisa olhar na banda infravermelha.”
Masterson e seus colegas detectaram recentemente o TDE mais próximo até agora, pesquisando através de observações infravermelhas.
A descoberta abriu uma nova rota baseada no infravermelho pela qual os astrônomos podem procurar buracos negros que se alimentam ativamente.
Essa primeira detecção estimulou o grupo a procurar mais TDEs.
Para o seu novo estudo, os investigadores pesquisaram observações de arquivo obtidas pela missão NEOWISE da NASA.
Eles examinaram as observações arquivadas da missão usando um algoritmo que identifica padrões nas emissões infravermelhas – prováveis sinais de uma explosão transitória de radiação infravermelha.
Eles então cruzaram as referências dos transientes sinalizados com um catálogo de todas as galáxias próximas conhecidas num raio de 600 milhões de anos-luz.
Eles descobriram que os transientes infravermelhos podem ser rastreados até cerca de 1.000 galáxias.
Os autores então ampliaram o sinal da explosão infravermelha de cada galáxia para determinar se o sinal surgiu de uma fonte diferente de um TDE, como um núcleo galáctico ativo ou uma supernova.
Depois de descartar estas possibilidades, a equipa analisou então os sinais restantes, procurando um padrão infravermelho característico de um TDE – nomeadamente, um pico acentuado seguido de uma queda gradual, reflectindo um processo pelo qual um buraco negro, ao destruir um estrela, de repente aquece a poeira circundante a cerca de 1.000 K antes de esfriar gradualmente.
A análise da equipe revelou 18 sinais claros de eventos de perturbação das marés.
Os autores fizeram um levantamento das galáxias em que cada TDE foi encontrado e constataram que estes ocorreram numa série de sistemas, incluindo galáxias poeirentas, em todo o céu.
“Se você olhasse para o céu e visse um monte de galáxias, os TDEs ocorreriam representativamente em todas elas”, disse Masteron.
“Não é que ocorram apenas num tipo de galáxia, como as pessoas pensavam com base apenas em pesquisas ópticas e de raios-X.”
“Agora é possível observar através da poeira e completar o censo dos TDEs próximos”, disse o professor Edo Berger, da Universidade de Harvard.
“Um aspecto particularmente interessante deste trabalho é o potencial de estudos de acompanhamento com grandes pesquisas infravermelhas, e estou entusiasmado para ver quais descobertas eles produzirão.”
As novas descobertas ajudam a resolver algumas questões importantes no estudo dos TDEs.
Por exemplo, antes deste trabalho, os astrónomos tinham visto principalmente TDEs num tipo de galáxia — um sistema pós-explosão estelar que anteriormente tinha sido uma fábrica de formação estelar, mas que desde então se instalou.
Este tipo de galáxia é raro, e os astrónomos ficaram intrigados sobre a razão pela qual os TDEs pareciam estar a surgir apenas nestes sistemas mais raros.
Acontece que esses sistemas também são relativamente desprovidos de poeira, tornando as emissões ópticas ou de raios X de um TDE naturalmente mais fáceis de detectar.
Agora, olhando na banda infravermelha, os astrônomos são capazes de ver TDEs em muito mais galáxias.
Os novos resultados da equipa mostram que os buracos negros podem devorar estrelas numa série de galáxias, não apenas em sistemas pós-explosão estelar.
As descobertas também resolvem um problema de falta de energia. Os físicos previram teoricamente que os TDEs deveriam irradiar mais energia do que o que foi realmente observado.
Mas os autores dizem agora que a poeira pode explicar a discrepância. Eles descobriram que se um TDE ocorresse numa galáxia empoeirada, a própria poeira poderia absorver não apenas emissões ópticas e de raios X, mas também radiação ultravioleta extrema, numa quantidade equivalente à suposta “energia em falta”.
As 18 novas detecções também estão a ajudar os astrónomos a estimar a taxa à qual ocorrem TDEs numa determinada galáxia.
Quando calculam os novos TDEs com as detecções anteriores, estimam que uma galáxia sofre um evento de perturbação de maré uma vez a cada 50.000 anos.
Essa taxa se aproxima mais das previsões teóricas dos físicos. Com mais observações infravermelhas, a equipa espera resolver a taxa de TDEs e as propriedades dos buracos negros que os alimentam.
“As pessoas estavam criando soluções muito exóticas para esses quebra-cabeças e agora chegamos ao ponto em que podemos resolver todos eles”, disse a Dra. Erin Kara, do MIT.
“Isto dá-nos a confiança de que não precisamos de toda esta física exótica para explicar o que estamos a ver.”
“E temos um melhor controle sobre a mecânica por trás de como uma estrela é dilacerada e engolida por um buraco negro. Estamos entendendo melhor esses sistemas.”
As equipes papel foi publicado no Jornal Astrofísico.
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Megan Masterson e outros. 2024. Uma nova população de eventos de interrupção de marés selecionados no infravermelho médio: implicações para taxas de eventos de interrupção de marés e propriedades da galáxia hospedeira. ApJ 961, 211; doi: 10.3847/1538-4357/ad18bb
