Buracos negros supermassivos são notoriamente confusos quando devoram uma estrela, mas também podem demorar-se durante as refeições, emitindo enormes “arrotos” de rádio meses ou mesmo anos depois de seu banquete cósmico parecer concluído.
Agora, os cientistas que acompanham estes eventos descobriram que não existe um modelo único que sirva para todos buracos negros digerir material estelar. Falando na segunda-feira (15 de junho) na 248ª reunião da Sociedade Astronômica Americana na Califórnia, Kate Alexander, uma astrônoma da Universidade do Arizona que tem estudado esses eventos, disse que o comportamento depende, em vez disso, das mudanças nas fases da dieta.
“Às vezes, depois que parece que terminaram de comer, eles podem ter indigestão e soltar um grande ‘arroto’ de rádio”, disse Alexander durante uma entrevista coletiva na segunda-feira. “Esses arrotos de rádio tardios podem aparecer quando o buraco negro come muito rápido ou muito devagar, então você deve sempre comer na velocidade certa se quiser evitar indigestão.”
Sua pesquisa recente concentra-se em eventos de interrupção de marés, ou TDEsque são catástrofes cósmicas que ocorrem quando uma estrela azarada se aproxima muito de um buraco negro supermassivo. Como o estrela se aproxima do gigante, campos gravitacionais intensos o destroem em um fluxo de detritos de gás semelhante a um espaguete em um processo conhecido como “espaguetificação.”
Como estes eventos são raros, ocorrendo aproximadamente uma vez a cada 100.000 anos em qualquer galáxia, os astrónomos devem monitorizar um grande número de galáxias apenas para as detectar. Historicamente, o acompanhamento rádio direcionado destas perturbações cessava se nenhuma emissão fosse detectada durante o primeiro ano ou mais, deixando o seu comportamento a longo prazo não estudado.
“Quando começamos a olhar para eles, simplesmente paramos de olhar”, disse ela. “Mas acontece que deveríamos ter continuado procurando, porque muitas vezes é quando algumas das coisas mais interessantes estão acontecendo.”
Nos últimos seis anos, os astrônomos têm usado o Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) telescópio no Novo México para conduzir as primeiras observações de rádio sistemáticas e em grande escala de várias dezenas de TDEs próximos. UM artigo de 2024da radioastrônoma Yvette Cendes, da Universidade de Oregon e de coautoria de Alexander, relatou pela primeira vez que cerca de 40% de todos os TDEs são detectados no rádio meses a anos após a interrupção inicial, muito depois de a luz visível ter diminuído.
Agora, publicado este ano no The Astrophysical Journal, o novo estudo liderado por Alexander pretende explicar por que esses sistemas há muito adormecidos são reativados. Para resolver o mistério, os investigadores vasculharam décadas de dados, analisando 91 candidatos a TDE descobertos entre 1990 e 2019 antes de estreitarem o seu foco para uma amostra padrão-ouro de 31 eventos com rastreamento abrangente e de vários comprimentos de onda.
Ao combinar dados de rádio do VLA com observações ópticas e ultravioleta de arquivo, além de novas medições de raios X de acompanhamento, a equipe mapeou quanto gás os buracos negros realmente consumiram em um determinado momento. A comparação dessa linha do tempo de alimentação com os momentos exatos em que as explosões de rádio surgiram revelou precisamente a rapidez com que os buracos negros comiam quando desencadearam os seus fluxos, explicou Alexander durante a coletiva de imprensa.
Os dados revelaram que estas erupções retardadas inflamam-se em dois extremos opostos, quer enquanto o buraco negro está rapidamente a transbordar de gás, quer depois da sua taxa de alimentação ter diminuído para um nível lento. Em ambos os cenários, uma fração do gás que entra é expelida para fora em vez de ser totalmente consumida, descobriu a equipe. Este material expelido colide então com o gás que rodeia o buraco negro, desencadeando ondas de choque de aceleração de partículas que produzem as emissões de rádio – criando efectivamente os “arrotos” cósmicos.
Esta mecânica de alimentação cósmica opera de forma idêntica em todas as escalas, funcionando exatamente da mesma maneira, quer o buraco negro seja relativamente leve ou um gigante milhões de vezes mais massivo que o nosso Sol, observou Alexander.
“Para aqueles de nós que somos astrofísicos”, disse ela, “isto é muito legal porque agora estamos começando a entender como a física funciona nesses regimes de massa muito diferentes”.
A equipe também descobriu que os TDEs destinados a explodir mais tarde deixam uma impressão digital química distinta em seus espectros ópticos iniciais, na forma de linhas de emissão de hélio. Esta assinatura indica que os detritos fragmentados da estrela estão a demorar algum tempo a formar um disco organizado e ingerível em torno do buraco negro – garantindo virtualmente um caso retardado de indigestão cósmica, disse Alexander.
“Estes são os buracos negros que têm refeições mais duradouras”, disse ela.
Com base nestas descobertas, a equipa sugere que uma janela de dois a seis anos após a descoberta é o período mais produtivo para procurar estes sinais de rádio que surgem tardiamente.
Em última análise, a equipe afirma que o modelo químico preditivo pode servir como uma ferramenta de triagem inestimável. Ao filtrar os comedores silenciosos desde o início, os astrónomos podem maximizar o tempo altamente competitivo do telescópio, concentrando recursos preciosos nos buracos negros com maior probabilidade de apresentarem um espectáculo de fase final.
